Brevet FR2549233A1 — publié le 19850118

l La présente invention se rapporte aux bandes ou chaînettes de mise à la terre, conductrices de l'électricité qui sont attachées au corps d'une personne par les bras, les jambes ou les vêtements afin de relier la personne à la terre et éviter l'accumulation de charges statiques Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de contrôle destiné à assurer qu'une continuité électrique existe entre la personne et la terre, en déclenchant 10 une alarme et/ou en produisant un signal visuel lorsqu'un circuit ouvert ou une interruption est détectée entre le corps humain et la chaînette vers la terre Plus particulièrement encore, l'invention concerne l'utilisation d'un circuit oscillateur pour 15 produire une tension alternative de sortie destinée à déclencher une alarme en association avec un réseau d'impédances dans le circuit accordé de l'oscillateur ou son circuit de charge auquel l'extrémité éloignée de la chaînette est connectée, et qui établit un circuit à la terre pour le corps par la résistance ou l'inductance de cette impédance Le dispositif de contrôle selon l'invention incorpore la capacité et la résistance du corps comme des éléments du réseau d'impédance Au moyen d'éléments réglables dans le réseau d'impédance 25 du circuit, l'impédance peut être modifiée de manière que la tension alternative de sortie de circuit soit réduite au dessous d'un niveau qui déclenche l'alarme lorsqu'une continuite existe tandis que si une rupture de continuité apparait, la tension de sortie dépasse le niveau seuil de l'alarme ou de son circuit d'entrée et déclenche l'alarme. Pendant la manipulation de composants et d'équipements électroniques sensibles, il est essentiel que la tension électrique entre le personnel de mani35 pulation et les objets électroniques soient maintenus au minimum afin d'éviter tout amorçage destructif des composants sensibles à la tension Pour assurer la protection contre l'énergie électrique qui circule 2 2549233 entre le manipulateur et l'objet manipulé, tous les efforts sont accomplis pour maintenir à la fois le personnel et les composants électroniques au potentiel de la terre par des systèmes de mise à la terre, conducteurs de l'électricité Ces dispositifs de mise à la terre drainent des charges qui peuvent autrement s'accumuler par transfert de charge, ou par frottement, ou par des forces triboélectriques, ou encore par suite de l'exposition à un champ électrique Ces dispositifs de mise à la terre consistent généralement en des bandes ou des chaînettes conductrices d'électricité dont une extrémité est accrochée à un bras, une jambe ou au corps de l'utilisateur ou encore à des éléments conducteurs de ses vêtements tandis que l'autre extrémité est 15 reliée à la terre, généralement par une pince ou une borne, par l'intermédiaire d'un tuyau d'eau ou d'un câble électrique à la terre. Un problème qui a été soulevé résulte d'une ouverture ou d'une interruption non perçue du circuit entre le porteur de la chaînette et son circuit conducteur à la terre, le plus fréquemment quand la pince de connexion de la chaînette est débranchée accidentellement de sa prise de terre mais aussi quelquefois en raison d'une discontinuité de l'extrémité de contact 25 à la terre ou de défaut de la bande ou la chaînette ellemême Dans ces conditions, le corps humain ne peut plus être déchargé par la chaînette à la terre et présente une capacité de 50 à 250 picofarads par rapport à la terre, pouvant facilement développer sans aucune 30 perception un potentiel allant jusqu'à 25 000 V par exemple. Une personne ainsi chargée, tout en croyant que la charge est continuellement drainée par la chaînette, peut par sa décharge provoquer la destruction 35 d'un composant électronique par amorçage diélectrique ou déclencher une déflagration dans un environnement explosif produisant une étincelle. Un objet de l'invention est donc de proposer en association avec une chaînette de mise à la terre, conductrice de l'électricité, un dispositif de contrôle qui détecte un circuit ouvert ou une interruption de continuité électrique entre le porteur de la chaînette et la terre. Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil de détection qui contrôle continuellement la continuité d'une chaînette à la terre. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un circuit de contrôle du couplage d'un corps humain à la terre par sa chaînette de mise à la terre, au moyen duquel un signal d'alarme est déclenché dans le cas d'une interruption de continuité électrique entre le porteur de la chaînette et son circuit à la terre. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un détecteur de dérangement de chaînette de mise à la terre comportant un circuit oscillateur dans lequel 20 la capacité et la résistance du corps font partie d'un circuit d'impédance variable, dans lequel le réglage de l'impédance totale réduit la tension alternative de sortie quand une continuité existe à un niveau au-dessous de celui suffisant pour déclencher une alarme tandis que s'il se produit une interruption de continuité entre le corps et la terre, le niveau alternatif de sortie dépasse le seuil nécessaire pour déclencher l'alarme. Un autre objet enfin de l'invention est de 30 proposer un dispositif perfectionné tel que décrit ci-dessus, facile et économique à réaliser, de construction robuste, et d'un fonctionnement hautement efficace. L'invention concerne donc un dispositif de contrôle destiné à détecter une interruption de continuité électrique dans le circuit conducteur qui relie un corps 4 2549233 humain à la terre, au moyen d'une chaînette de mise à la terre Le dispositif de contrôle comporte un circuit oscillateur et un circuit d'amplification associé dont la tension alternative de sortie est destinée à déclencher une alarme Le circuit oscillateur comporte un réseau d'impédance qui reçoit l'extrémité éloignée dela chaînette, cette impédance au moyen d'un élément inductif ou résistif formant un prolongement du circuit de la chaînette à la terre, à partir du corps Le réseau d'impédance selon l'invention peut être une partie du circuit accordé qui détermine la fréquence de l'oscillateur ou peut faire partie de la charge de la sortie amplifiée, conjointement avec le circuit d'alarme Par la connexion de la chaînette 15 au réseau d'impédance, la capacité et la résistance du corps humain deviennent des éléments du circuit d'impédance et une partie du circuit actif, de sorte que la tension alternative de sortie est différente suivant que la chaînette relie le corps à la terre par le réseau d'impédance {condition de continuité) ou qu'une rupture s'est produite dans le circuit conducteur à partir du corps (condition-de circuit ouvert) Les différents éléments du réseau d'impédance sont choisis de manière que la tension alternative de sortie du 25 circuit de contrôle, en l'absence de la capacité et de la résistance du corps, remplissent les conditions de fonctionnement du circuit d'alarme Certains au moins des éléments du réseau d'impédance sont réglables afin de permettre l'adaptation aux variations de capacité 30 et de résistance du corps de personnes différentes. Les éléments variables de l'impédance peuvent être réglés manuellement pendant la mise en marche afin que la tension alternative de sortie soit réduite à un niveau inférieur à celui qui déclenche l'alarme lorsqu'une continuité existe, mais en produisant une tension de sortie qui dépasse le niveau seuil de l'alarme et déclenche cette dernière si une rupture de continuité se produit L'alarme peut consister en une indication visuelle et/ou audible qui alerte la personne en circuit ouvert. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective et partiellement schématique d'un dispositif selon l'invention de contrôle de continuité de chaînette de mise à la terre, La figure 2 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation de l'invention, La figure 3 est un schéma simplifié d'un 15 autre mode de réalisation de l'invention, et La figure 4 est un schéma d'un circuit pour le mode de réalisation de la figure 3. Sur les dessins, sur lesquels les mêmes références désignent des éléments similaires, la figure 20 1 représente un dispositif de contrôle A destiné à détecter une interruption de continuité électrique du circuit conducteur entre une personne H qui doit être reliée à la terre par une chaînette B. La chaînette B de mise à la terre est d'un 25 type bien connu et elle consiste en un conducteur électrique dont une extrémité est connectée au corps humain par le poignet, les jambes ou par l'intermédiaire des vêtements, tandis que l'autre extrémité est généralement branchée à une prise de terre par une borne 30 sur un tuyau d'eau ou le conducteur neutre d'un câble électrique La chaînette B comporte généralement une résistance de l'ordre d'un mégohm afin de protéger la personne qui la porte en limitant le courant lorsqu'une partie de la chaînette est accidentellement en 35 contact avec un objet fortement chargé ou une source d'énergie à haute tension. Le corps humain lui même présente une capacité CH de l'ordre de 50 à 250 picofarads par rapport à la terre, suivant la nature des vêtements portés, suivant que la personne est debout ou assise et/ou suivant que l'un des pieds ou les deux sont en contact avec le sol La valeur de résistance RH du corps humain comprend la résistance superficielle et la résistance de contact entre la peau de point de contact avec l'extrémité de la chaînette B et elle est de l'ordre de 1000 ohms Ainsi, comme le montre la figure 1, le circuit équivalent du corps par rapport à la terre en l'absence d'une chaînette ou si cette dernière est déconnectée de la terre ou s'il existe une interruption de continuité entre le corps et la terre, peut être traité comme un condensateur CH en 15 série avec une résistance RH et la résistance de la chaînette si elle est incorporée. La figure 2 montre le dispositif de contrôle A sous forme d'un diagramme général dans lequel un oscillateur 10 est couplé avec un amplifi20 cateur opérationnel 12 dont la sortie alternative apparaît aux bornes d'une impédance Z L'impédance Z comporte de préférence des éléments résistifs ou inductifs réglables formant un prolongement du circuit à la masse quand l'extrémité libre de la chaînette 25 B est connectée à la borne ou à la prise 16 Une alarme 18 est connectée directement à la sortie alternative aux bornes de l'impédance Z (ou indirectement par un relais 20) et elle est actionnée lorsque la tension alternative de sortie dépasse un niveau prédé30 terminé L'alarme 18 peut consister en tout dispositif sonore électronique, piézoélectrique ou à semi-conducteurs, comme un ronfleur miniature à semi-conducteurs de la série KMB, fabriqué par Star Micronics Inc, New York, produisant un signal audible minimal d'en35 viron 85 d B L'alarme 18 peut également consister en un dispositif indicateur visuel comme une lampe ou une diode électroluminescente L'oscillateur 10 peut également consister en tout générateur de fréquence courant à semi-conducteur ou à transistor, capable conjointement avec l'amplificateur 12 de produire une tension alternative de sortie suffisante pour actionner l'alarme 20 (ou le relais 18 qui déclenche l'alarme). Quand l'extrémité libre de la chaînette B est connectée à la charge Z par la prise 16, l'équivalent humain CH+RH apparaît comme une basse impé10 dance à la sortie Z de l'amplificateur 12 et, par un réglage approprié des éléments résistifs ou inductifs réglables, il est possible que le circuit capacitif résistif du corps soit tel que l'alarme 18 n'est pas déclenchée Mais il appara Ut une interruption de 15 continuité en un endroit quelconque entre le corps H et la terre, la capacité CH et la résistance RH ne sont plus en dérivation sur la charge de sorte que le niveau de la tension de sortie à l'impédance de charge Z est suffisante pour déclencher l'alarme 20 18 (ou pour actionner le relais 20). La figure 3 montre la chaînette B (et le corps humain H avec la capacité CH et la résistance RH) aux bornes de l'élément de détermination de fréquence Z 1 de l'oscillateur 10 L'extrémité opposée de la chaînette B est connectée à la prise 22 de l'oscillateur 10 de sorte que le corps H est à la terre par la bobine de choc variable 24 de l'impédance ZM. Ainsi, en connectant le circuit équivalent humain CH, RH aux bornes de l'élément de détermination de fréquence constituant le circuit oscillant Z 1 et en accordant de façon critique le circuit par un réglage approprié de la bobine de choc variable 24 ou du condensateur variable 26, la sortie de l'amplificateur opérationnel peut être modifiée pour adapter la réponse 35 en fréquence du circuit d'alarme 18 quand la chaînette est déconnectée, c'est-à-dire pour déclencher l'alarme 18 Ainsi, avec la chaînette B connectée à la prise 22, 25492 Y la bobine de choc variable 24 ou le condensateur 26 est réglé avec la partie CH et R du circuit oscillant Z 1 jusqu'à ce qu'un désaccord suffisant soit obtenu pour maintenir au repos l'alarme 18 Si maintenant une interruption se produit dans le circuit vers la terre de la chaînette B, la capacité et la résistance du corps ne font plus partie du circuit accordé Zl, de sorte que la tension alternative de sortie déclenche à nouveau l'alarme. La figure 4 représente un exemple d'un circuit pour remplir la fonction indiquée ci-dessus dans le schéma de la figure 3 Le dispositif de contrôle A 1 comporte un oscillateur à pont de Wine dont la fréquence est déterminée par un circuit résistance15 condensateur formant un couplage régénératif entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur à réaction 12. L'amplificateur 12 Peut être de tout type électronique ou semi-conducteur, comme l'amplificateur opérationnel à usage générale du type SN 72741 diffusé par Texas Instruments, Dallas, Texas Le circuit de pont oscillateur comporte des résistances R 1 et R 2 qui sont égales entre elles et choisies aux environs d'un mégohm pour que chacune ait à peu près la résistance de la chainette B elle-même La résistance R 3 est choisie à environ 1000 ohms ou à peu près le double de la valeur maximale de la résistance variable R 4. Le condensateur C 2 en série avec la résistance R 2 est choisi à environ 50 picofarads, de l'ordre de la valeur inférieure de 50 picofarads de la capacité du 30 corps humain CH Le dispositif d'alarme à ronfleur piézoélectrique 18 est connecté à la sortie de l'amplificateur oscillateur 12 L'extrémité libre de la chaînette B est connectée à la prise 22 de sorte que le corps CH, RH est connecté aux bornes de R 1 qui 35 forme le circuit vers la terre à partir de l'autre extrémité de la chaînette et se comporte comme une partie de l'impédance Zl définissant le réseau de détermination de fréquence du circuit oscillateur. Dans la configuration représentée sur la figure 4, le circuit oscillateur 10 en l'absence de la chaînette est accordé approximativement pour produire à la sortie de l'amplificateur 12 une tension alternative qui dépasse le niveau seuil du-circuit d'alarme 18 Quand la chaînette B est branchée à la prise 22, la capacité du corps CH est dérivée à la terre Ensuite, 10 la résistance variable R 4 est produite pour délivrer une tension alternative de sortie juste au dessous du niveau qui déclenche l'alarme 18 Il faut noter que la réaction de l'oscillateur 12 est contrôlée par une résistance variable R 4 pour tolérer une valeur sup15 plémentaire dont la capacité du corps CH dépasse la capacité du pont C 2 Ainsi, s'il se produit une interruption de continuité entre le corps H et son circuit à la terre par la résistance d'impédance R 1, le niveau du signal de sortie de l'amplificateur 12 20 dépasse le niveau seuil du circuit d'alarme 18 et entraîne son déclenchement. Il apparaît ainsi à la lumière de la description ci-dessus que la connexion de l'équivalent humain aux bornes de l'élément d'impédance d'un circuit actif, 25 comme la charge résistive ou inductive d'un amplificateur attaqué par oscillateur comme le montre la figure 2, modifie suffisamment l'impédance de sortie pour inhiber la sortie de l'amplificateur, ce qui donne une indiqation de continuité entre le corps et la 30 terre par la chaînette Lorsqu'une interruption se produit, la dérivation est supprimée aux bornes de la charge, ce qui déclenche l'alarme Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, la connexion du circuit équivalent humain aux bornes de l'élément d'impédance de détermination de fréquence d'un circuit actif accordé critiquement, comme un oscillateur, et l'établissement 2549233 d'un circuit à la terre par une bobine de choc ou une résistance, inhibe l'alarme de façon similaire en changeant la fréquence ou le niveau de la tension alternative de sortie S'il se produit une ouverture 5 de circuit entre le corps et la terre, CH est éliminé et le circuit est à nouveau accordé de façon critique, ce qui permet également d'actionner l'alarme. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de 10 réalisation décrits et illustrés à titre d'exemple nullement limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 1 1 REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle destiné à détecter une interruption d'une continuité électrique entre un corps vivant et la terre, associé avec une liaison conductrice de l'électricité destinée à relier à la 5 terre un corps vivant pour éviter qu'il accumule des charges statiques, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de fréquence ( 10,12) qui produit une tension alternative de sortie, un dispositif d'alarme ( 18) connecté à la sortie dudit générateur de fréquence, 10 un circuit (Z, Z 1) associé avec ledit générateur de fréquence et constituant un réseau d'impédance de ce dernier, et un dispositif de couplage de l'extrémité libre de la liaison à la terre par ledit réseau d'impédance, ledit circuit étant réalisé et agencé de manière 15 que la tension alternative de sortie dudit générateur de fréquence soit insuffisante pour actionner et ledit dispositif d'alarme lorsqu'une continuité existe entre le corps et la terre par la liaison tandis que toute interruption de continuité entre le corps et 20 la terre change les caractéristiques de la tension alternative de sortie de manière que l'alarme soit déclenchée. 2 Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau d'impédance 25 constitue le dispositif de détermination de fréquence (Z 1) dudit générateur de fréquence. 3 Dispositif de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit générateur de fréquence comporte un circuit oscillateur ( 10). 4 Dispositif de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couplage de la liaison avec le réseau d'impédance désaccorde le circuit oscillateur ( 10) lorsqu'une continuité existe entre le corps et la terre. 5 Dispositif de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de détermination de fréquence (Zl) comporte un dispositif ( 24,26) pour régler son réseau d'impédance.