Brevet FR2587799A1 — publié le 19870327

L'invention concerne un dispositif capable de détecter le passage d'un front thermique et d'en mesurer avantageusement la vitesse de propagation, ce front thermique se propageant dans une couche de matière combustible, ou dans un milieu ambiant, ou plus généralement dans tout milieu soumis à la propagation d'un front thermique qui se déplace à une certaine vitesse. I1 existe une grande variété de détecteurs de front thermique. Les détecteurs d'incendie par exemple donnent l'alarme lorsque la température à laquelle ils se trouvent dépasse un seuil critique en un point donné. D'autre part, il existe un grand nombre de dispositifs de mesure des températures, par exemple des couples thermo-électriques pour les moyennes et les hautes températures; qui donnent soit des indications numériques de température, soit des enregistrements de courbes de température en fonction du temps. C'est ainsi qu'il est possible de contr8ler avec précision le degré d'usure de la paroi d'un four au moyen de plusieurs thermo-couples disposés à diverses profondeurs dans la paroi, et donnant chacun une courbe tracée sur un enregistreur. Le but de la présente invention est de mettre à la disposition de l'utilisateur un appareil capable de détecter le passage d'un front thermique, voire d'en mesurer la vitesse de propagation, qui soit très simple et bon marché tout en assurant une fiabilité élevée. A cet effet la présente invention propose un capteur thermique pour la détection du passage d'un front thermique, du genre comportant deux lignes électriquement conductrices terminées chacune par une borne de sortie et une extrémité terminale, caractérisé en ce que ces lignes sont électriquement isolées l'une de l'autre et sont reliées sur une portion de leur longueur par une nappe isolante en une matière organique isolante de nature à devenir électriquement conductice par pyrolyse lors du passage d'un front thermique et mettre ainsi ces lignes en court-circuit. Un tel dispositif se révèle très fiable et simple du fait notamment qu'il réagit en tout ou rien : isolation électrique ou court-circuit. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ce capteur comporte au moins une troisième ligne électriquement conductrice terminée par une borne de sortie et une extrémité terminale, électriquement isolée des deux premières lignes en étant reliée, à au moins l'une de ces premières lignes; par une nappe isolante en une matière organique isolante de nature à devenir électriquement conductrice par pyrolyse, sur au moins une portion de sa longueur qui est décalée vers sa borne de sortie par rapport à la portion de longueur sur laquelle lesdites premières lignes sont reliées entre elles.Cette disposition fait que par identification des lignes qui sont mises en court-circuit on peut connattre l'endroit où un front thermique est passé, ou par enregistrement au cours du temps des instants auxquels sont détectés des court-circuits on peut évaluer la vitesse de propagation d'un front thermique. La précision de cette mesure dépend bien sOr du nombre de lignes prévues sur le capteur. Un capteur selon l'invention peut comporter des nappes pyrolysables distinctes à cheval sur des couples distincts de lignes. Dans un mode de réalisation particulièrement simple de l'invention, les lignes s'étendent parallèlement à partir de leurs bornes de sortie disposées côte à côte, la troisième ligne étant plus courte que les deux premières (la quatrième plus courte que la troisième et ainsi de suite) et les extrémités terminales de ces lignes étant reliées par une même nappe isolante. Un tel capteur est en pratique à disposer dans le sens probable de propagation d'un front thermique à détecter. Les bornes de sortie des lignes du capteur selon l'invention sont avantageusement réunies en un connecteur multibroche adapté à hêtre relié au périphérique d'un microordinateur; qui déclenche une mesure du temps lors de la mise en court-circuit des deux plus longues lignes par le front thermique, et qui prospecte en permanence l'état des diverses autres lignes, en calculant et en affichant pour chacune d'elles l'instant du passage du front thermique à son extrémité et la vitesse de propagation de ce front, compte tenu des différences connues de longueur entre les diverses lignes. Le capteur selon l'invention est plus précis en pratique si les deux premières lignes sont de même longueur (alors que les autres lignes sont plus courtes et de longueurs décroissantes), car, dans ces conditions, l'instant où le front thermique atteint les deux premières lignes et où le capteur commence à réagir se traduit par le passage dans ces deux lignes d'un courant électrique dont l'intensité est repérable et mesurable. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention les lignes sont des pistes matérialisées sur un support électriquement isolant plat et allongé, d'où à la fois une bonne tenue mécanique et une grande facilité de réalisation. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, la matière organique formant la nappe ou couche mince en contact avec les extrémités des diverses pistes est constituée par un mélange contenant du charbon finement divisé. N'importe quelle nature de charbon peut convenir. Mais de la nature du charbon choisi dépend le seuil de température à partir duquel a lieu la pyrolyse de la couche mince, ce seuil pouvant en pratique se situer entre 300 et 4000C suivant la nature du charbon. On peut aussi utiliser, comme matière de base du mélange formant la couche mince en contact avec les pistes, n importe quelle matière organique isolante à froid et dont le carbone résiduel après pyrolyse est au moins égal à 50 % du carbone contenu avant pyrolyse, et en particulier les paraffines. De toutes manières, il est indispensable que la couche mince de matière organique se trouve en bon contact électrique avec l'extrémité des diverses lignes. En particulier, une couche mince présentant une bonne adhérence avec le métal constituant les pistes donne des résultats satisfaisants. On peut avantageusement réaliser une couche mince adhérente en malaxant et en déposant sur le support et sur les pistes un mélange de matière organique, présentant les propriétés déjà mentionnées, et de liant à base d'eau ou de solvant organique ou minéral ou de tout autre liant assurant le collage- des particules de matière organique à la fois entre elles, avec le support, et avec les pistes métalliques. De son cOté, le support du capteur doit être constitué par une matière électriquement isolante à froid. Mais, en outre, il est préférable que cette matière reste électriquement isolante à chaud, jusqu'à une certaine température, par exemple 5000C au moins, si la pyrolyse de la matière organique s'effectue entre 3000C et 4000C. Par exemple, les matières servant usuellement de support aux circuits imprimés conviennent bien. Enfin, les lignes sont en principe en un métal bon conducteur de l'électricité, c'est-à-dire, selon les cas d'application du capteur, en cuivre, en aluminium, en or, ou en argent, ou encore en un alliage de certains de ces divers métaux. Comme on le comprend, le principe de l'invention est basé sur le modification des propriétés électriques de la matière organique choisie, par exemple du charbon, lors de la pyrolyse. D'isolante, elle devient conductrice à une certaine température. Le capteur thermique selon l'invention présente de nombreux avantages : Il est bon marché. Il suffit, pour l'utiliser; de la disposer dans le milieu à contrôler et de brancher son connecteur multibroche à un outil de gestion informatique. Il s'adapte à un grand nombre de configurations du milieu à contrôler. Etant détruit après chaque opération, et la couche mince restant conductrice à n'importe quelle température au-dessus du seuil de pyrolyse de la matière organique, ce capteur peut fonctionner sans inconvénient à des températures très élevées, sauf dans les cas d'oxydation à ces températures. Afin de bien comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un capteur thermique selon l'invention, à cinq pistes, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue cavalière du capteur ; et - la figure 2 st un schéma d'un circuit électrique reliant ce capteur à cinq pistes à un microordinateur. Sur la figure 1, on voit que le capteur comporte un support 1 plat et allongé, en matière isolante utilisée pour les circuits imprimés, sur lequel sont disposées parallèlement cinq pistes en cuivre, 2a, 2b, 2c, 2d et 2e, dont les deux premières; 2a et 2b, sont aussi longues que le support 1, tandis que les trois autres, 2c, 2d, 2e sont de longueur décroissante. Ces pistes s'étendent entre des bornes de sortie et des extrémités terminales. A l'une de ses extrémités, le capteur se termine par un connecteur multibroche 3 regroupant les bornes de sortie à brancher sur le circuit électrique de la figure 2. A l'opposé du connecteur multibroche, sur une partie du capteur dite partie d'usage, les pistes sont recouvertes d'une mince couche 4 ainsi obtenue : une poudre de charbon, dont la pyrolyse commence à 3200C, a été malaxée avec un liant et déposée en une couche mince 4 sur environ la moitié de la longueur du support 1. Les lignes 2c à 2e sont reliées aux lignes les plus longues 2a et 2b sur des portions de leurs propres longueurs qui sont respectivement de plus en plus décalées vers leurs bornes de sortie par rapport aux portions de longueur sur lesquelles ces lignes les plus longues sont reliées entre elles. Le circuit électrique de la figure 2 comporte une source d'alimentation 3 (ici une pile de 1,5 volts), un interrupteur 6, et un conducteur 7 à partir duquel partent six conducteurs 8a à 8f soit un conducteur de plus que de lignes dans le capteur. Les cinq premières branches 8a à 8c sont connectées respectivement aux cinq lignes du capteur et comportent chacune une résistance 9a ... 9e. La sixième ligne 8f est mise à la masse. La première branche 8a comporte la pile 5 et l'interrupteur tandis que les lignes 8b à 8f se prolongent jusqu'à un connecteur 10 de liaison à un périphérique de microordinateur non représenté. Le capteur étant placé dans un milieu thermique à étudier; on ferme l'interrupteur 6. Lorsqu'un front thermique (flèche FT) atteint l'extrémité du capteur, il y a pyrolyse progressive de la nappe 4 et un courant électrique commence à circuler entre les lignes 2a et 2b d'égale longueur, provoquant le déclenchement d'une horloge du microordinateur, puis entre la ligne 2a et les lignes 2c à 2e successivement. Le programme de gestion du microordinateur est établi de telle manière qu'il calcule et affiche les instants de mise en fonctionnement électrique des pistes successives et les vitesses de propagation du front thermique d'une extrémité de piste à la suivante, compte tenu des différences de longueurs connues des deux pistes voisines considérées. I1 va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi les lignes peuvent être torsadées et/ou être reliées par une nappe pyrolysable à distance de leurs extrémités. REVENDICATIONS 1. Capteur thermique pour la détection du passage d'un front thermique, du genre comportant deux lignes électriquement conductrices terminées chacune par une borne de sortie et une extrémité terminale, caractérisé en ce que ces lignes (2a - 2e) sont électriquement isolées l'une de l'autre et sont reliées sur une portion de leur longueur par une nappe isolante (4) en une matière organique isolante de nature à devenir électriquement conductrice par pyrolyse lors du passage d'un front thermique et mettre ainsi ces lignes en court-circuit. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte au moins une troisième ligne électriquement conductrice (2c 2e) terminée par une borne de sortie et une extrémité terminale, électriquement isolée des deux premières lignes (2a, 2b) en étant reliée, à au moins l'une de ces premières lignes, par une nappe isolante (4) en une matière organique isolante de nature à devenir électriquement conductrice par pyrolyse, sur au moins une portion de sa longueur qui est décalée vers sa borne de sortie par rapport à la portion de longueur sur laquelle lesdites premières lignes sont reliées entre elles. 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces lignes s'étendent parallèlement à partir de leurs bornes de sortie disposées côte à côte, chaque ligne à partir de la troisième étant plus courte que la précédente et les extrémités terminales de ces lignes étant reliées par une même nappe isolante (4). 4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bornes de sortie desdites lignes sont réunies en un connecteur multibroche (3). 5. Capteur selon la revendication 3 oula revendication 4; caractérisé en ce que lesdites premières pistes (2a, 2b) sont de même longueur. 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5; caractérisé en ce que lesdites lignes sont des pistes (2a - 2e) matérialisées sur un support (1) électriquement isolant, de forme plate et allongée. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la nappe isolante (4) contient du charbon finement divisé. 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la nappe (4) est en une matière organique isolante dont le carbone résiduel après pyrolyse est au moins égal à 50 g du carbone contenu avant pyrolyse. 9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matière isolante (4) est une paraffine. 10. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la nappe isolante (4) contient une poudre de particules organiques enrobée dans un liant assurant le collage des particules entre elles et l'adhérence de la nappe avec les lignes (2a - 2e).