Brevet FR2638233A1 — publié le 19900427

L'invention concerne les dispositifs d'émission de signaux d'alarme en présence de fumées ou de gaz, et plus par- ticulièrement un dispositif de détection de fuites de gaz. L'invention peut être utilisée pour détecter des fuites de gaz dans la robinetterie et les appareils de systé- mes de distribution de gaz, ainsi que pour détecter des fui- tes de gaz de gazoducs souterrains. Il existe un dispositif de détection de fuites de gaz, suivant SU-A-954 832, comportant un détecteur, un amoli- ficateur, un bloc de mémoire dont la sortie est reliée à l'entrée de l'amplificateur, un circuit à seuil dont l'entrée est branchée sur la sortie de l'amplificateur, et un intégra- teur relié à l'amplificateur. Le dispositif comporte égale- ment un relais temporisé, un bloc de présignalisation, un bloc de signalisation lumineuse, un générateur d'horloge et un circuit à seuil supplémentaire, dont la sortie est reliée à l'entrée du bloc de signalisation lumineuse et l'entrée est branchée sur la sortie de l'amplificateur et sur l'entrée du circuit à seuil. La sortie du circuit à seuil est branch e sur l'entrée du bloc de prêsignalisation, sur l'entrée de commande du générateur d'horloge et sur l'entrée du relais temporisé. La sortie du générateur d'horloge est reliée à la première entrée de commande du bloc de mémoire. La sortie du relais temporisé est branchée sur la deuxième entrée de com- mande du bloc de mémoire. Ce dispositif perd la sensibilité, lorsque le si- gnal fourni par le détecteur est déséquilibré, ce qui provo- que une inversion de la polarité donnée du signal sous l'ac- tion de différents facteurs déstabilisants intérieurs et ex- térieurs. Le dispositif a également une faible résistance aux parasites, ce qui entraXne de faux enclenchements en cas de courtes fluctuations du signal d'entrée du fait que l'in- tégrateur accumule les fluctuations rapides lissées d'un si- gnal d'entrée ayant une période de répétion inférieure au temps de rétablissement de l'intégrateur. Ceci, à son tour, provoque le fonctionnement du circuit à seuil et l'appari- tion d'un faux signal à la sortie du bloc de présignalisa- tion. Donc, ce dispositif de détection de fuites de gaz a une faible fiabilité fonctionnelle. Il existe également un dispositif de détection de fuites de gaz, selon SUA-1 089 442, comportant un détecteur, un amplificateur dont une première entrée est relise à la sor- tie du détecteur, un bloc de comparaison et un bloc de mémoire dont une première entrée est branchée sur la sortie du bloc de comparaison et une première entrée du bloc de comparaison est reliée à la sortie de l'amplificateur, un dispositif d'affi- chage, et un oscillateur relié à une deuxième entrée du bloc mémoire. Le dispositif d'affichage est réalisé sous la forme d'un bloc de signalisation lumineuse et d'un bloc de présigna- lisation. Ce dispositif comporte également un circuit à seuil, un intégrateur relié à l'amplificateur, un relais temporisé, un circuit à seuil supplémentaire à haut niveau de seuil de fonctionnement dont la sortie est reliée à l'entrée du bloc de signalisation lumineuse et l'entrée est branchée sur la sortie de l'amplificateur et sur l'entrée du circuit à seuil. La sortie du circuit à seuil est branchée sur l'entrée du bloc de présignalisation, sur l'entrée du générateur et sur l'entrée du relais temporisé. L'oscillateur est relié à la deuxième entrée du bloc de mémoire. La sortie du relais tempo- risé est reliée à la troisième entrée du bloc de mémoire. Le dispositif comporte également-un bloc de comparaison dont l'entrée est branchée sur la sortie de l'amplificateur et la sortie sur la première entrée du bloc de mémoire. Le disposi- tif comporte également un bloc de retard branché sur l'entrée de commande du bloc de présignalisation. Ce dispositif a une fiabilité fonctionnelle insuf- fisante, du fait qu'au moment o le signal fourni par le dé- tecteur en cas de fuite de gaz croit lentement, et il n'at- teint pas, durant l'impulsion de l'oscillateur, le niveau de fonctionnement du circuit à seuil et à l'arrivée de l'impul- sion suivante de l'oscillateur, le signal à la sortie de l'amplificateur diminue jusqu'à zéro. Si le flanc croissant du signal reste le môme, une diminution réitérative du signal a lieu à la sortie de l'amplificateur. Le déséquilibre de l'amplificateur n'est pas compensé au cas o le temps de me- sure est limité par le processus technologique et est infé- rieur à la constante d'intégration de l'intégrateur. L'invention a pour but de fournir un dispositif de détection de fuites de gaz dont le montage, grâce à la stabilisation du signal à la sortie du détecteur par rapport au changement de la concentration de fond du gaz et grâce à un coefficient constant de transformation du détecteur pour différentes valeurs initiales de la résistance de son élément sensible, permettrait d'exclure la diminution de la sensibi- lité du dispositif due au déséquilibre intérieur de l'ampli- ficateur, afin d'améliorer la fiabilité fonctionnelle du dis- positif. Le problème posé est résolu par un dispositif de détection de fuites de gaz comportant un détecteur, un ampli- ficateur, dont une première entréeest reliée à la sortie du détecteur, un bloc de comparaison dont une première entrée est branchée sur la sortie de l'amplificateur, un bloc de mé- moire dont une première entrée est reliée à la sortie du bloc de comparaison, un dispositif d'affichage, un oscillateur re- lié à une deuxième entrée du bloc de mémoire, le dispositif conformément à l'invention comportant également un formateur d'impulsions de remise à l'état initial relié à une troisième entrée du bloc de mémoire et qui a sa sortie branchée sur l'entrée du détecteur, une source de tension de référence branchée sur une deuxième entrée de l'amplificateur et sur la deuxième entrée du bloc de comparaison, un circuit de limita- tion de courant dont l'entrée est reliée à la sortie de l'am- plificateur et la sortie est branchée sur une première entrée du dispositif d'affichage dont la deuxième entree est bran- chée sur le générateur. La présente invention permet d'améliorer la fiabi- lité fonctionnelle du dispositif de détection de fuites de gaz, c'est-àdire de stabiliser la sensibilité du dispositif et de compenser les erreurs dues au déséquilibre intérieur de l'amplificateur. Le dispositif permet d'exclure la possi- bilité de déformation des résultats de mesure par suite de la dérive du zéro et d'exclure l'influence des vapeurs d'es- sence, d'hỉles de graissage, de l'oxyde de carbone sur les indications du dispositif d'affichage en augmentant notable- ment sa résistance aux parasites et sa sélectivité par rap- port aux gaz. Le dispositif permet également d'assurer un haut rendement lors d'une inspection de gazoducs souterrains exploités dans de différentes conditions. L'invention ressortira de la description qui suit d'un exemple concret schématique de sa réalisation avec réfé- rence aux dessins annexes sur lesquels; - la figure 1 représente un schéma synoptique d'un dis- positif de détection de fuites de gaz selon l'invention; - la figure 2 représente un schéma de principe électri- que du dispositif de détection de fuites de gaz selon l'inven- tion. Le dispositif de détection de fuite de gaz comporte un détecteur 1 (fig. 1) servant à former un signal proportion- nel à la concentration du gaz dans l'air, un amplificateur 2 servant à amplifier le signal. La première entrée de l'ampli- ficateur 2 est reliée à la sortie du détecteur 1. Le disposi- tif comporte également un bloc de comparaison 3, une source de tension de référence 4 destinée à créer une tension continue fixe, et un bloc de mémoire 5. Une première entrée du bloc mé- moire 5 est reliée à la sortie du bloc de comparaison 3 et la première entrée du bloc de comparaison 3 est branchée sur la source de tension de référence 4 et sur la deuxième entrée de l'amplificateur 2. Le dispositif comporte un oscillateur 6, un formateur d'impulsions, de remise à l'état initial 7 pour cré- er une courte impulsion positive, un circuit de limitation de courant 8 servant à limiter les fluctuations du signal, un dispositif d'affichage 9. L'oscillateur 6 est relié à une deu- xième entrée du bloc de mémoire 5. Le formateur d'impulsion de remise à l'état initial 7 est relié à une troisième entrée du bloc de mémoire 5. La sortie de l'amplificateur 2 est reliée à l'entrée du circuit de limitation de courant 8 dont la sortie est branchée sur une première entrée du dispositif d'affichage 9. La deuxième entrée du dispositif d'affichage 9 est reliée à 2 38233 l'oscillateur 6. Le formateur d'impulsion de remise à l'état initial 7 peut être branché sur un bloc de commande de pro- cessus technologique (le bloc de commande de processus tech- nologique n'est pas montré sur le dessin), pour localiser les fuites de gaz à partir des soupapes de fermeture lors du remplissage des bouteilles en gaz liquéfié suivant une ligne automatique. Sur la figure 2, est reDrésenté un schéma de prin- cipe électrique d'un dispositif de détection de fuites de gaz. Le détecteur 1 est réalisé avec un élément d'adsorption 10 qui sert d'élément sensible au détecteur 1 et un transistor à effet de champ 11. Une première borne de l'élément d'adsorp- tion 10 est reliée à la source du transistor à effet de champ 11. La deuxième borne est réunie à la troisième borne et la quatrième borne est reliée au drainage du transistor à effet de champ 11. L'amplificateur 2 (fig. 1) est réalisé sous la forme d'un amplificateur opérationnel 12 (fig. 2). Une premiè- re entrée de l'amplificateur 12 est reliée au drainage du tran- sistor à effet de champ 11. Le bloc de comparaison 3 (fig. 1) utilise un amplificateur opérationnel 13 (fig. 2). Une premiè- re entrée de l'amplificateur opérationnel 13 est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 12 et la deuxième en- trée de l'amplificateur opérationnel 13 est reliée à la deu- xième entrée de l'amplificateur opérationnel 12. La source de tension de référence 4 utilise un am- plificateur opérationnel 14 et des résistances 15, 16. La ré- sistance 15 est reliée par une borne à un bus négatif d'ali- mentation 17 d'une source d'alimentation 18, sur le même bus d'alimentation négatif 17 est branchée la source du transis- tor à effet de champ 11. La deuxième borne de la résistance est branchée sur la première borne de la résistance 16 et sur la première entrée de l'amplificateur opérationnel 14. La deuxième borne de la résistance 16 est branchée sur un bus positif 19 d'alimentation de la source d'alimentation 18. La deuxième entrée de l'amplificateur opérationnel 14 est réunie à sa sortie qui est branchée aux deuxièmes entrées des ampli- ficateurs opérationnels 12 et 13. Le bloc de mémoire 5 utili- se un circuit logique 20, un compteur 21 et une matrice ré- sistive de décodage 22. La sortie du circuit logique 20 est reliée à la première entrée du compteur 21. Le compteur 21 est relié bit par bit aux entrées respectives de la matrice résistive de décodage 22. La matrice résistive de décodage cades 22 peut être réalisée conformément à un schéma connu. ("Spravotjnik po radioelektronnym oustrojstvam", Guide de dispositifs électroniques) rédigé par Kulikovsky A. A., 1978, "Energia", t. 1, p. 416, fig. 4-177). La matrice resistive de décodage 22 est reliée au bus d'alimentation négatif 17. La sortie de la matrice résistive de décodage 22 du bloc de mémoire 5 est branchée sur la grille du transistor à effet de champ 11 du détecteur 1 et la première entrée du circuit logi- que 20 du bloc de mémoire 5 est reliée à la sortie de l'ampli- ficateur opérationnel 13. - L'oscillateur 6 utilise deux circuits logiques 23, une résistance 24 et un condensateur 25. Les entrées du pre- mier circuit logique 23 sont réunies et sont branchées sur l'une des bornes de la résistance 24 et du condensateur 25. L'autre borne de la résistance 24 est branchée sur la sortie du premier circuit logique 23. Egalement, la sortie du pre- mier circuit logique 23 est reliée aux entrées réunies du deuxième circuit logique 23 dont la sortie est branchée à la deuxième borne du condensateur 25. La sortie du deuxième cir- cuit logique 23 de l'oscillateur 6 est reliée à la deuxième entree du circuit logique 20 du bloc de mémoire 5. Le formateur d'impulsions de remise à l'état ini- tial 7 comporte un condensateur 26, des résistances 27, 28 et un bouton-poussoir 29 avec rappel, à contact de fermeture. Le condensateur 26 est branché par l'une des bornes sur le bus d'alimentation négatif 17 de la source d'alimentation 18 et par l'autre borne sur l'un des contacts du bouton à rappel 29. Sur le même contact est branchée une borne de la résis- tance 27. L'autre borne de la résistance 27 est branchée sur le bus d'alimentation positif 19. Sur le bus d'alimentation positif 19 est également branchée la deuxième entrée du comp- teur 21 du bloc de mémoire 5 et la deuxième borne de l'élé- ment d'adsorption -0 du détecteur 1. L'une des bornes de la résistance 28 est branchée suz le bus négatif 17. L'autre bor- ne de la résistance 28 est branchée sur l'autre contact du bouton à rappel 29. La même borne de la résistance 28 est re- liée à la troisième entrée du compteur21. Le circuit de limitation de courant 8 utilise une diode 30 et une résistance 31. L'une des bornes de la résis- tance 31 est reliée à la sortie de l'amplificateur opération- nel 12 et l'autre borne est reliée à l'anode de la diode 30, la cathode de la diode 30 est branchée sur la première entrée du dispositif d'affichage 9, la deuxième entrée du dispositif d'affichage 9 est reliée à la sortie du deuxième circuit logi- que 23 de l'oscillateur 6. Le dispositif d'affichage 9 peut être réalisé sous la forme d'un appareil à aiguille et d'un émetteur acoustique ("Information-expresse de TsBNTI Minzhil- komkhoz de RSFSR, fasc. 2, N 5, 1979; Appareil "Variotec-B" de la société "Sewerin"). Le dispositif fonctionne de la façon suivante. A la mise en marche de la source d'alimentation 18 (fig. 2), une tension est appliquée au détecteur 1 (fig. 1), à l'amplificateur 2, au bloc de comparaison 3, à la source de tension de référence 4, au bloc de mémoire 5, à l'oscillateur 6 et au conformateur de remise à l'état initial 7. Alors le détecteur 1 se réchauffe, le générateur 6 fournit en permanen- ce des impulsions à une fréquence prédéterminée qui attaquent la deuxième entrée du bloc de mémoire 5 et la deuxième entrée du dispositif d'affichage 9. Simultanément, la source de ten- sion de référence 4 fournit la tension continue à la deuxième entrée de l'amplificateur 2 et à la deuxième entrée du bloc de comparaison 3. Comme la résistance du détecteur 1 varie au moment de mise en marche, le signal de la sortie du détecteur 1 attaque la première entrée de l'amplificateur 2 et, depuis sa sortie arrive au dispositif d'affichage 9pr l'intermédiaire de l'élément de limitation de courant 8. Afin de préparer le dispositif au fonctionnement, il faut appuyer sur le bouton à rappel 29 (fig. 2) du formateur d'impulsions de remise à l'é- tat initial 7. Le formateur d'impulsions de remise à l'état initial 7 (fig. 1) fournit alors une impulsion positive sur la troisième entrée du bloc de mémoire 5 et, par conséquent, le signal à la sortie du bloc de mémoire 5 et à l'entrée du détecteur 1 devient nul. La tension à la sortie de l'amplifi- cateur 2 devient également nulle, c'est-à-dire que la valeur de tension à la sortie de l'amplificateur 2 devient inférieu- re à la valeur de la tension de référence. Le bloc de compa- raison 3, servant à comparer la valeur de tension à la sortie de l'amplificateur 2 avec la valeur de tension de référence à la sortie de la source de tension de référence 4, fournit un signal correspondant à 1 logique sur la première entree du bloc de mémoire 5. L'oscillateur 6 se branche alors sur la deuxième entrée du bloc de mémoire 5. Au fur et à mesure de l'arrivée des impulsions depuis l'oscillateur 6, la valeur du signal à la sortie du bloc de mémoire 5 et, respectivement, à l'entrée du détecteur 2 augmente. A la sortie de l'amplifica- teur 2, la valeur de tension croit jusqu'au moment ou elle ne devient égale à la valeur de tension de référence de la sour- ce de tension de référence 4. Alors, la sortie du bloc de com- paraison 3 envoie un signal correspondant à O logique sur la première entrée du bloc de mémoire 5. L'oscillateur 6 cesse de fournir les impulsions. Le dispositif est prêt au fonction- nement. En cas d'apparition dans l'échantillon d'air de hy- drocarbures (méthane), la résistance du détecteur 1 diminue, respectivement croit la tension à la sortie de l'amplificateur 2 et le signal arrive, via l'élément de limitation de courant 8, sur le dispositif d'affichage 9 dont les indications repr&- sentent l'information sur la fuite du gaz. Pour l'enregistre- ment réitératif de la fuite du gaz, il faut appuyer sur le bouton à rappel 29 (fig. 2) et poursuivre l'observation des indications du dispositif d'affichage 9 (fig. 1). Au cas o la valeur de tension à la sortie de l'amplificateur 2 devient plus basse que la valeur de tension de référence à cause de facteurs déstabilisants, par exemple, par suite de la varia- tion de la concentration de fond du gaz, le bloc de comparai- son 3 fournit un signal correspondant à 1 logique sur la pre- mière entree du bloc de mémoire 5. Dans ce cas, l'oscillateur 6 se branche sur la deuxième entrée du bloc de mémoire. Au fur et à mesure de l'arrivée des impulsions depuis l'oscilla- teur 6, la sortie du bloc de mémoire 5 fournit, par l'intermé- diaire du détecteur 1, un signal vers la première entrée de l'amplificateur 2. A la sortie de l'amplificateur 2 et, res- pectivement, sur la première entrée du bloc de comparaison 3, la valeur de tension augmente jusqu'à devenir égale à la va- leur de la tension de référence appliquée à la deuxième en- trée du bloc de comparaison 3. Alors, la sortie du bloc de comparaison 3 fournit un signal correspondant à 0 logique sur la première entrée du bloc de mémoire 5. Dans ce cas, la li- vraison des impulsions depuis l'oscillateur 6 sur le bloc de mémoire 5 cesse. Ainsi se fait la suppression de l'écart dans le sens de diminution de la tension à la sortie de l'am- plificateur 2 par rapport à la valeur de tension de référence et le dispositif passe en état de service initial. Grâce à la stabilisation du signal à la sortie du détecteur 1 vis-à-vis de la variation de la concentration de fond du gaz, ainsi qu'au coefficient de transformation du détecteur 1 constant pour de différentes valeurs initiales de la résistance de son élément sensible, la réduction de la sensibilité du disposi- tif en présence de facteurs déstabilisants est exclue par exemple, le déséquilibre intérieur de l'amplificateur lorsque le processus technologique impose une lente augmentation de la fuite de gaz, et ainsi se trouve améliorée la fiabilité fonctionnelle du dispositif. On va maintenant expliquer en détail le fonctionne- ment du dispositif pour la détection de fuites de gaz. A la mise en marche de la source de tension 18 (fig. 2), le con- densateur 26 se charge par la résistance 27. Lorsqu'on appuie sur le bouton 29, le condensateur 26 se décharge sur la résis- tance 28. L'impulsion positive depuis la résistance 28 atta- que la troisième entrée du compteur 21. Le compteur 21 se re- met à zéro. La tension arrivant depuis la sortie de la matri- ce résistive de décodage 22 sur la grille du transistor à ef- fet de champ 11, diminue simultanément la tension à l'entrée ]0 et à la sortie de l'amplificateur opérationnel 12 et, par con- séquent, à la première entrée de l'amplificateur opérationnel 13. Il en résulte qu'à la sortie du bloc de comparaison 3 ap- parait un signal correpondant à I logique autorisant l'arri- vée des impulsions, par l'intermédiaire du circuit logique 20, depuis l'oscillateur 6, sur le comDteur 21. Au fur et à mesure de l'arrivée sur le compteur 21 des impulsions de l'oscilla- teur 6, la tension croit à la sortie de la matrice résisti- ve de décodage 22. Dans ce cas, la résistance du transistor à effet de champ Il augmente et, comme conséquence, la valeur de tension à la première entrée et à la sortie de l'amolifica- teur opérationnel 12 augmente également jusqu'à devenir égale à la valeur de tension de référence. Alors, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 13, apparaît un signal correspon- dant à 0 logique interdisant l'arrivée des impulsions de l'os- cillateur 6, par l'intermédiaire du circuit logique 20, sur le compteur 21 du bloc de mémoire 5. Le dispositif est prêt au fonctionnement. En cas d'apparition dans l'échantillon d'air d'hy- drocarbures (méthane), la résistance de l'élément sensible d'adsorption diminue, ce qui entraîne l'augmentation de la tension par rapport à la tension de référence à la première entree et à la sortie de l'amplificateur opérationnel 12. A travers la résistance 31 et la diode 30, la tension est trans- mise à la première entree du dispositif d'affichage 9. Si la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel 12 conti- nue à croître par rapport à la tension de référence, ce qui correspond à l'augmentation de la concentration du gaz, l'é- met.teur acoustique du dispositif d'affichage 9 se met en mar- che (l'émetteur acoustique n'est pas montré sur le dessin). Afin de réaliser des mesures répétées, il faut ap- puyer sur le bouton à rappel 29 du formateur d'impulsions de remise à l'état initial 7. Si, au cours du travail avec le dispositif, par * suite de facteurs déstabilisants dus, par exemple, à la va- riation de la valeur initiale de la résistance de l'élément d'adsorption 10, la tension à la sortie de l'amplificateur 1} opérationnel 12 diminue par rapport à la tension de référence, elle diminue également à la première entrée de l'amplificateur opérationnel 13 du bloc de comparaison 3. Par conséquent, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 13 apparait un signal os05 correspondant à 1 logique autorisant l'arrivée des impulsions de l'oscillateur 6 sur le compteur 21 via le circuit logique 20. La tension à la sortie de la matrice résistive de déco- dage 22 croît au fur et à mesure de l'arrivée des impulsions de l'oscillateur 6 sur le compteur 21. Dans ce cas, la résis- tance du transistor à effet de champ I1l augmente et, comme conséquence, la valeur de la tension à la première entrée et à la sortie de l'amplificateur opérationnel 12 augmente égale- ment jusqu'à devenir égale à la tension de référence arrivant depuis l'amplificateur opérationnel 14 de la source de tension de référence 4. Alors, à la sortie de l'amplificateur opéra- tionnel 13, apparaît un signal correspondant à O logique qui interdit l'arrivée des impulsions depuis l'oscillateur 6 sur le compteur 21 du bloc de mémoire 5 par l'intermédiaire du cir- cuit logique 20. Le dispositif revient à l'état de servie ini- tial. Si les fluctuations de la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel 12, résultant des variations de la concentration de fond du gaz en l'air, sont faibles, le dis- positif d'affichage 9, grace à la présence du circuit de limi- tation de courant 8, ne présente aucune information sur ces fluctuations, ce qui rend l'opérateur moins fatigué et augmen- te sa productivité. Ainsi, ladite invention permet d'améliorer la fia- bilité fonctionnelle du dispositif de détection des fuites de gaz. REVENDICATION Dispositif de détection de fuites de gaz, comportant un détecteur (1), un amplificateur (2) dont une première entrée est reliée à la sortie du détecteur (1), un bloc de comparaison (3) dont une première entrée est reliée à la sortie de l'ampli- ficateur (2), un bloc de mémoire (5) dont une première entrée est reliée à la sortie du bloc de comparaison (3), un disposi- tif d'affichage (9), et un oscillateur (6) relié à une deuxième entrée du bloc de mémoire (5), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un formateur d'impulsions de remise à l'état initial relié à une troisième entrée'du bloc de mémoire (5) dont la sortie est reliée à l'entrée du détecteur (1), une source de tension de référence (4) branchée sur la deuxième entrée de l'amplificateur (2) et sur la deuxième entrée du bloc de compa- raison (3), un circuit de limitation de courant (8) dont l'en- trée est reliée à la sortie de l'amplificateur (2) et la sor- tie est branchée sur une première entrée du dispositif d'affi- chage (9) dont la deuxième entrée est reliée à l'oscillateur (6).