Brevet FR2588081A1 — publié le 19870403

PROCEDE DE SURVEILLANCE DE TEMPERATURE A L'AIDE D'UN DETECTEUR A FIL L'invention est relative à un procédé et dispositif de surveil- lance de température à l'aide d'un fil ou câble, notamment en vue de détecter les incendies. Dans certains engins de transport, en particulier les avions, on prévoit souvent un moyen de surveillance de la température afin de détecter s'il ne se produit pas des échauffements anormaux en des emplacements déterminés, ceux, notamment les moteurs, pour les- quels le risque d'incendie est le plus grand. A cet effet on utilise un fil ou câble coaxial présentant entre le conducteur central (ou âme) et le conducteur extérieur, un garnissage en un matériau, générale- ment semiconducteur, dont la résistivité varie avec la température. Ce câble suit un trajet passant par les zones à plus fort risque et la surveillance est effectuée en mesurant en permanence, ou de façon périodique, la résistance à une extrémité du câble entre l'âme et le conducteur extérieur, cette résistance étant fonction de la résisti- vité du matériau composant l'élément intermédiaire et donc de la température. Si la variation relative de résistance dépasse une valeur prédéterminée, une alarme est déclenchée. La résistance mesurée entre l'âme et le conducteur extérieur est inversement proportionnelle à la longueur du câble. Il en résulte qu'ainsi, par la seule mesure de résistance, on ne détermine pas de façon précise la variation de température car, pour une même température, la variation de résistance est fonction de la longueur de la partie de câble sur laquelle se produit l'échauffement. C'est pourquoi jusqu'à présent un dispositif de surveillance filaire sert seulement à déclencher une alarme. Mais même pour cette seule utilisation l'imprécision peut conduire à déclencher une alarme pour un échauffement restant admissible. L'invention permet de déterminer la température (ou sa varia- tion) de façon beaucoup plus précise et évite le déclenchement d'une alarme pour des situations qui ne nécessitent pas un tel déclenchement. A cet effet le dispositif selon l'invention comprend un moyen de mesure du produit RC, R étant la résistance et C la capacité entre âme et conducteur extérieur. La résistance étant inversement proportionnelle à la longueur et la capacité proportionnelle à la longueur, le produit RC est ainsi indépendant de cette longueur. Il en résulte que la variation du produit RC fournit une mesure précise de la variation de température, peu sensible à la longueur de câble subissant l'échauffement. La mesure du produit RC, c'est-à-dire de la constante de temps to du circuit RC que constitue le câble, est effectuée par exemple en déterminant la courbe de réponse en fréquence du filtre que constitue ce circuit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma en coupe axiale d'un fil ou câble sensible àla-tempe-rature, - la figure 2 est un schéma électrique équivalent au câble de la figure 1, - la figure 3 est un diagramme montrant une propriété du câble de la figure 1, - la figure 4 est un schéma d'un dispositif de mesure, et - les figures 5 et 6 sont des diagrammes illustrant des procédés de mesure de la température à l'aide du câble de la figure 1. Un câble 10 (figure 1) sensible à la température est formé d'un conducteur central ou âme 11, d'un conducteur périphérique 12 et d'une matière intermédiaire 13 généralement semi-conductrice dont la résistivité et la permittivité diélectrique varient en fonction de la température. Un câble de ce type est par exemple vendu par la Société THERMOCOAX. Un tel câble 10 est utilisé notamment à bord des avions ou d'autres moyens de transport afin de détecter des échauffements anormaux. Ce câble est donc disposé selon un trajet passant par les emplacements o il risque de se produire un incendie. L'extrémité du câble est disposée, par exemple, dans la cabine de pilotage avec, selon la technique antérieure, des moyens de mesure de résistance entre l'âme Il et le conducteur extérieur 12: s'il se produit un échauffement, la résistivité varie et une alarme est déclenchée si la variation dépasse une limite prédéterminée. Comme on l'a déjà indiqué ci-dessus la variation de résistance ne permet pas de mesurer la température avec précision. En effet le câble 10 peut être considéré comme étant constitué par un ensemble de résistances élémentaires 141, 142.... 14n (figure 2) en parallèle, chacune ayant la valeur R. Ainsi la résistance mesurée à l'extrémité du câble entre l'âme 11 et le conducteur 12 est inversement propor- tionnelle à la longueur ú de ce câble. La variation de résistance est donc fonction de la longueur sur laquelle se produit l'échauffement. Le garnissage 13 présente par ailleurs une permittivité diélec- trique qui varie avec la température. Ainsi le câble 10 peut égale- ment être considéré comme étant formé de condensateurs élémen- taires 151, 152...15nen parallèle (figure 2) et la capacité mesurée à l'extrémité du câble est proportionnelle à la longueur P. Par contre le produit RC est indépendant de la longueur. C'est pourquoi si on mesure cette quantité, qui constitue une constante de temps, onr obtient une indication relativement précise sur la tempé- rature. La figure 3 montre la variation de la quantité 1C, exprimée en Hertz, avec la température 0, exprimée en degrés Celcius. On voit que pour la température de 110 C RC a pour valeur 450 Hertz 1 R tandis que pour 220 TCRC = 4500 Hertz. Pour mesurer la quantité R1C ou RC on peut procéder de diverses manières. Dans un premier exemple à l'extrémité du câble 10 on injecte entre conducteurs 11 et 12, à l'aide d'un généra- teur 16 (figure 4) une impulsion de niveau V0 (figure 5) et un cir- cuit 17 détermine le temps to, proportionnel à RC, au bout duquel le signal entre les conducteurs 11 et 12 atteint une valeur V1 légère- ment inférieure à V0. Dans une autre réalisation on détermine la courbe de répon- se 18 (figure 6) que constitue le filtre RC formé par la matière semiconductrice 13. Cette courbe de réponse est une variation de niveau de signal V en fonction de la fréquence f. La fréquence fo, proportionnelle à RC' est celle pour laquelle le signal de sortie du filtre a la valeur V2, légèrement inférieure au signal d'entrée V3. Quel que soit le type de mesure effectuée on a intérêt à choisir la longueur t sur laquelle s'étend le câble dans les emplace- ments à risque par rapport à la longueur totale L de ce câble en fonction de la précision désirée. Les considérations suivantes per- mettront de déterminer les longueurs L et E ainsi que la nature du matériau constituant le garnissage 13. Dans ce qui suit on désigne par rA la résistance présentée, par unité de longueur, entre âme et conducteur extérieur par le garnis- sage 13 à la température ambiante. rT représente la même quantité mais pour une température T supérieure à la température ambiante. Ainsi les résistances du garnissage 13, d'une part, sur la longueur e (RT à température T) et, d'autre part, sur la longueur L - t (RA à la température ambiante) ont pour valeurs: rT rA RT = - et RA = (1) A l'extrémité du câble la résistance R entre âme et conduc- teur extérieur est donc: R25 RTRA R: T RT + RA (2) soit: rArT I rA Èr') rT r T A R= r T r A (L=) r rA () Par ailleurs cA est la capacité présentée par le câble, par unité de longueur, entre âme et conducteur à la température ambiante et cTest la même quantité, mais à la température T. On peut écrire: CA =(L - 2) cA etcT= cT (4) à l'extrémité du câble la capacité C entre âme et conducteur extérieur a pour valeur: C = cA + cT (5) soit: C=CT [L - e) c + ú (6) ainsi: rA RC=rTcT (L-ú)r + r T A L-E) C + g, cT 1 RC =rc rTT (L-f) rA + E rA RC = rTc 1 L-B rT -+1 - rA enfin: 1 + (L- 1) CT RC = rTCT r i + (L - 1) rT F rA LE-t A C; 1+ g CT11 (7) CA cT _ + CT 1a De la formule (7) ci-dessus on déduit que pour que la pro- duit RC soit peu sensible à la longueur il faut choisir la nature du matériau de garnissage 13 de façon que: cA rT (8) CT rA Bien entendu il ne sera en général pas possible de respecter pour toutes les températures T la condition d'égalité entre les valeurs CA rT valeurs cA et ' Par contre on peut choisir le matériau, et donc C1 R T A ses valeurs CA, CT, rT, rA, de façon à obtenir l'égalité stricte pour la plus petite, TO, des températures pour laquelle on considère qu'il existe un danger ou risque d'incendie. Cette température est par exemple 110 C. r Ainsi dans le cas de l'exemple mentionné ci-dessus les valeurs rT cA T et c sont toutes deux de 0,04 pour T = 110 C et A = 20 C. r A CT Il est à noter que la détection de température minimale se produit juste au début de l'incident, c'est-à-dire à un moment o la longueur t est relativement faible; dans ces conditions si la condi- tion (8) n'était pas respectée RC aurait une valeur s'écartant de celle de rT CT comme le montre la formule (7) ci-dessus. Par contre __ après le début de l'incident la chaleur se propage et augmente la longueur tce qui contribue à rapprocher le facteur de rT cT dans la formule (7) de la valeur I et compense au moins en partie, pour ce cA r T facteur, le fait que c s'écarte de r- étant donné qu'à mesure que c! rA Te temps passe a-tenmperature T augmente. Au maintien de la précision contribue aussi le fait que r et c varient en sens inverse en fonction de la température. Dans l'exemple ci-dessus on a d'ailleurs constaté que pour les températures supérieures à 110 C l'écart de RC par rapport à rT CT reste relativement faible, de l'ordre d'au maximum 10 %, même si les rapports L varient dans de grandes proportions. On peut ainsi mesurer la te-pérature dans les emplacements à risques avec une précision satisfaisante, au moins pour une gamme déterminée de températures, par exemple entre 1100 C et 220 C. L'invention fournissant un moyen de mesure de la température peu sensible à la longueur du câble les risques d'émission de fausses alarmes sont nettement diminués par rapport aux dispositifs de surveillance antérieurement connus. REVENDICATIONS I. Procédé de contrôle de la température dans une enceinte, notamment un moyen de transport tel qu'un avion, à l'aide d'un fil ou câble présentant, entre un conducteur intérieur (1l1) et un conduc- teur extérieur (12), un élément (13) en matériau de résistivité et de permittivité diélectrique qui varient avec la température, caracté- risé en ce que pour contrôler ladite température on contrôle, à une extrémité de ce câble, le produit de la résistance (R) par la capacité (C) entre conducteur central (11) et conducteur exté- rieur (12). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce, que pour déterminer le produit (RC), on applique, à l'extrémité du câble, un signal continu (V0) et on détermine le temps (t0) que met le signal entre conducteur central et extérieur à l'extrémité du câble pour atteindre une valeur déterminée (V1) inférieure à la valeur (V0) du signal continu. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine le produit (RC) en établissant la courbe de réponse en fonction de la fréquence (f) du filtre que constitue le conduc- teur (Il, 12) à son extrémité. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau constituant ledit élément (13) est tel que: cA r CT rA rA etcA étant respectivement la résistance et la capacité présen- tées par le câble entre âme et conducteur central par unité de longueur à la température ambiante et rT, cT étant les mêmes résistances et capacités mais à la température T qui est la tempéra- ture minimale pour laquelle on désire déclencher une alarme. 5. Application du procédé selon l'une quelconque des revendi- cations I à 4, à une installation de contrôle de la température.