Brevet FR2999285A1 — publié le 20140613

DETECTEUR D'INCENDIE ET DE SURCHAUFFE COMPRENANT UNE FONCTION DE SURVEILLANCE DE CONTINUITE ELECTRIQUE s DOMAINE La présente invention se rapporte au domaine technique des détecteurs d'incendie et de surchauffe. Elle concerne le périmètre des applications moteurs et de la prévention d'accidents. Elle vise à améliorer la couverture de panne de la mesure de 10 détection d'incendie et de surchauffe en permettant la surveillance de la continuité électrique de la chaîne de mesure de température. Par ailleurs elle permet d'améliorer la rapidité de détection d'un incendie ou d'une surchauffe notamment dans l'environnement proche du calculateur électronique de régulation du moteur en vue d'entreprendre des 15 actions de coupure de l'alimentation du moteur avant que le calculateur ne perde ses capacités opérationnelles. ETAT DE L'ART Dans les systèmes de type « moteur d'aéronef », le calculateur de 20 régulation du moteur comprend différentes fonctions visant à assurer le contrôle d'intégrité des équipements du moteur, y compris le calculateur lui-même, afin de permettre un contrôle permanent du moteur dans les conditions de sécurité requises. La protection thermique du calculateur fait partie de ces fonctions, elle peut être réalisée par l'intermédiaire d'un 25 détecteur d'incendie et surchauffe placé à proximité du calculateur et raccordé à celui-ci. Les différentes fonctions qui doivent être assurées à l'aide de ce détecteur connecté au calculateur sont : 30 - la détection d'une surchauffe globale ; - la détection d'un feu localisé ; - le contrôle d'intégrité de la détection d'incendie et de surchauffe, dont la testabilité par le calculateur, sans liaison spécifique. 35 On trouve, dans l'état de l'art, différents types de détecteurs d'incendies dont les principaux sont exposés ci-après. Un premier type de détecteurs utilisés concerne les « détecteurs pneumatiques ». Ils comprennent un gaz enfermé dans une gaine qui en se s dilatant à haute température active un interrupteur, également appelé switch, qui modifie l'impédance d'un circuit électrique. Dans certaines versions de détecteurs, la pression nominale du gaz maintient un autre switch normalement fermé qui s'ouvre en cas de rupture d'étanchéité de l'équipement. Cette fonction permet la détection de 10 pannes liées aux fuites de gaz. Un second type de détecteurs concerne les « détecteurs à thermocouple ». Il comprennent deux fils métalliques de nature différente, par exemple des fils de type Chromel-Alumel. Les deux fils court-circuités à l'endroit de la mesure génèrent une tension proportionnelle à la température. 15 Un troisième type de détecteurs concerne les « détecteurs à thermistor » objets de l'invention. Il existe plusieurs variantes de ce type de détecteur. Une première variante comprend un conducteur central entouré 20 d'une gaine métallique renfermant un matériau isolant à température ambiante. La résistance ohmique du matériau diminue fortement à haute température. La mesure de résistance s'effectue entre le conducteur central et la gaine. Une seconde variante comprend deux conducteurs centraux au 25 lieu d'un entourés d'une gaine métallique. La mesure de résistance s'effectue entre les deux conducteurs centraux. Dans cette configuration la gaine n'a plus qu'un rôle de tenue mécanique et de blindage électrique. Un des inconvénients du premier type détecteur, le détecteur 30 pneumatique, est qu'il ne peut offrir qu'une réponse discrète (seuil de température) et non continue. Il est donc impossible d'avoir une mesure pour apprécier un état de pré-surchauffe et donc de permettre au calculateur d'anticiper les actions de sécurité. 2 9992 85 3 Un inconvénient du second type de détecteur, dit détecteur à thermocouple, est qu'il génère une tension continue de bas niveau qui nécessite un étage d'acquisition avec une amplification assez complexe au niveau du calculateur ainsi qu'une compensation de soudure froide. s Un des avantages offerts par le troisième type de détecteur, le détecteur à thermistor, est qu'il fournit une réponse continue en fonction de la température et nécessite une électronique de traitement relativement simple permettant une mesure de résistance. L'inconvénient majeur de ce type de détecteur standard est sa 10 trop forte plage de variation de résistance ne permettant pas le contrôle d"intégrité du détecteur ni la mesure et la surveillance des températures en deçà d'environ 140 degrés C. En effet, à température ambiante la résistance ohmique qui 15 correspond à la résistance mesurée entre le conducteur central et la gaine conductrice de la première variante ou entre les deux conducteurs centraux de la seconde variante décroît de manière exponentielle en fonction de la température. Cette résistance quasiment infinie à -55°C est encore de l'ordre de plusieurs Mohms à +25°C pour décroître à environ10 kohms à +100°C 20 alors qu'elle ne passe sous les 1000 Ohms que vers +140°C. Les fortes valeurs de résistances ne sont pas compatibles avec les plages de mesure d'un calculateur de régulation moteur qui est typiquement de quelques kohms maximum. 25 En conséquence, le « détecteur à thermistor » standard ne permet pas au calculateur de différentier un fonctionnement nominal dans les plages de température inférieures ou égales à environ 140°C d'une panne de circuit ouvert correspondant à une coupure de fil du détecteur, du câble de liaison vers le calculateur ou bien à un connecteur non branché par exemple. 30 Il ne permet pas non plus au calculateur de mesurer les températures inférieures à environ 140°C qui correspondent à la saturation de la mesure de résistance. 35 RESUME DE L'INVENTION L'invention permet de résoudre les inconvénients précités. L'objet de l'invention est un dispositif de détection d'incendie et de surchauffe comprenant au moins un détecteur à thermistor permettant de détecter une augmentation de température anormale. Une particularité du s dispositif de l'invention est que le détecteur à thermistor permet de vérifier sa continuité électrique dans une première plage P1 de valeurs de températures qui couvre l'ensemble du domaine d'utilisation de ce détecteur. La température basse de la plage P1 est de -80°C et correspond à la température minimale en altitude rencontré par un aéronef tandis que la 10 température haute est de 1100°C correspondant à la température d'une flamme. Ledit détecteur à thermistor a une impédance de terminaison adaptée à la plage de mesure d'impédances d'un calculateur, ledit calculateur étant adapté pour effectuer une mesure d'impédance. 15 Avantageusement, la vérification de la continuité électrique du détecteur à thermistor permet de détecter une panne du dispositif de détection d'incendie. Avantageusement, le détecteur à thermistor comprend une gaine conductrice et au moins deux éléments conducteurs et un isolant dont la 20 conductivité varie en fonction de la température. L'isolant peut être un matériau qui isole les deux éléments. La conductivité du matériau varie en fonction de la température. Notamment, la conductivité augmente avec une augmentation de la température. Avantageusement, les deux éléments conducteurs sont deux 25 conducteurs centraux à l'intérieur de la gaine conductrice et séparés par l'isolant. Avantageusement, le détecteur à thermistor permet de détecter une augmentation de la température dans une seconde plage de valeurs P2 comprise entre 70°C et 250°C environ. 30 Avantageusement, le détecteur à thermistor, objet de l'invention permet de détecter une augmentation de la température dans une troisième plage de valeurs P3 comprise dans la seconde plage P2, ladite troisième plage P3 étant comprise entre 70°C et 140°C. Cette troisième plage permet d'anticiper l'apparition d'une surchauffe dans la zone critique située aux 35 alentours de 180°C. Avantageusement, le détecteur à thermistor permet de détecter une augmentation de la température dans une quatrième plage de valeurs P4 comprise dans la seconde plage entre 110°C et 190°C avec une bonne sensibilité en ohm/°C . Dans cette quatrième plage P4 un écart de s température génère une variation de résistance importante tel que le montre la figure 3. Par exemple une variation de 1°C autour de 110°C génère une variation de résistance du détecteur de 6 ohms. Avantageusement, l'impédance de terminaison est une résistance 10 ayant une impédance comprise entre 100 ohms et 10 kohms. Avantageusement, la plage de mesure du calculateur est comprise dans une bande qui va de 0 ohm jusqu'à la résistance de terminaison du détecteur majorée d'un certain pourcentage. Ceci permet la discrimination d'une température basse qui correspond à la résistance de 15 terminaison d'une discontinuité électrique du détecteur correspondant à la bande haute de mesure de résistance. Dans l'exemple de réalisation, la bande va de 0 à 3 kohms. Un avantage est que le dispositif de détection d'incendie et de 20 surchauffe peut être obtenu par une adaptation d'un détecteur d'incendie déjà existant. Cette adaptation d'un détecteur, objet de l'invention, consiste à ajouter une résistance de terminaison à l'extrémité du câble entre les deux conducteurs de mesure. Le choix de la valeur est judicieusement sélectionné de manière à permettre une détection de surchauffe le plus tôt possible tout 25 en assurant un contrôle de la continuité électrique du circuit. Le dispositif de détection de l'invention ou l'adaptation d'un détecteur existant permet de limiter la variation de résistance du détecteur. Cette limitation permet au calculateur de régulation moteur auquel le détecteur est connecté, d'assurer sa testabilité par une surveillance de 30 continuité de la mesure dans toute la plage de mesure dudit calculateur, ainsi que de permettre la mesure à des températures plus basses que les dispositifs de l'art antérieur. En outre, cette adaptation d'un détecteur ou un nouveau détecteur 35 de l'invention permet : - une surveillance de la continuité de la chaîne de mesure de comprenant le détecteur, son harnais de liaison vers le calculateur et la connectique associée sur toute la plage de températures qui démarre à -55°C voire peut descendre s jusqu'à -80°C ; - une extension de la plage de mesure de températures, notamment vers les basses températures, permettant au calculateur de détecter rapidement la surchauffe ou le début d'incendie et de prendre les dispositions sécuritaires 10 adéquates. Avantageusement, la seconde plage de valeurs est comprise entre 70°C et 250°C. La plage réduite entre 110° et 190° offre une grande sensibilité de mesure. Cette sensibilité n'est pas significativement diminuée 15 par l'adjonction de la résistance de terminaison. Cette plage de valeurs est très intéressante dans la mesure où ce sont les températures évoluant dans cette plage qui peuvent indiquer un risque réel et imminent. Avantageusement, dans la plage de -55°C à 70°C la résistance du détecteur a une valeur suffisamment faible pour rester dans la plage de 20 mesure, une forte valeur mesurée correspondant à la saturation signifiant une perte de continuité de la chaîne de mesure de température c'est-à-dire une panne. Avantageusement, l'impédance de terminaison est une résistance ayant une valeur de l'ordre de quelques centaines d'ohms à quelques kohms 25 selon la plage de mesure du calculateur. Avantageusement l'adaptation d'un détecteur est relativement simple de mise oeuvre car ne nécessitant que l'intégration d'une résistance ohmique. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - figure 1 : un dispositif de détection d'incendie et de surchauffe de l'invention ; - figure 2: une courbe de réponse de la résistance mesurée par un calculateur en fonction de la température ; - figure 3 : une courbe de sensibilité du détecteur selon l'évolution de la température. s DESCRIPTION On appelle dans la suite de la description indifféremment « un dispositif de détection d'incendie et de surchauffe », « un dispositif de détection d'incendie » ou « un dispositif de détection surchauffe » ou encore 10 « un détecteur d'incendie et/ou de surchauffe ». La figure 1 représente un détecteur d'incendie 1 (un dispositif de détection d'incendie) de l'invention comprenant un détecteur à thermistor 2 connecté à un calculateur K. 15 Le détecteur à thermistor 2 comprend une gaine 7 conductrice et deux conducteurs centraux 6, 6'. Un isolant 3, comprend un matériau de type « isolant minéral » renfermant un sel eutectique. Ce matériau isolant permet d'assurer une isolation relative entre les conducteurs entre eux d'une part et entre les conducteurs et la gaine d'autre part. Ce matériau offre une 20 résistance d'isolement qui décroît de façon exponentielle en fonction de la température. Le mode de l'invention de la figure 1 est une adaptation de la seconde variante d'un détecteur à thermistor. Un autre mode de réalisation, correspondant à la première variante du détecteur à thermistor, peut 25 également être adapté. Le détecteur à thermistor 2 de l'invention comprend une résistance de terminaison 4 disposée à une première extrémité 5 du détecteur à thermistor 2. La résistance de terminaison est disposée entre les deux conducteurs 6, 6' de manière à fermer le circuit qui est formé de la 30 résistance et des deux conducteurs. Les deux conducteurs 6, 6' sont connectés au calculateur K à une seconde extrémité 5' du détecteur à thermistor par l'intermédiaire d'entrées adaptées permettant au calculateur K d'effectuer une mesure de résistance ohmique. Le détecteur à thermistor 2 de l'invention permet de ramener une impédance en parallèle pour : - abaisser la valeur de la mesure d'impédance du calculateur, notée Rmes, qui s'observe aux basses températures, s - ramener, dans toute la gamme de températures utiles, dite la première plage Pi, la valeur Rmes dans une plage de mesure du calculateur, la plage étant définie entre une valeur nulle et une valeur maximale notée RMAX. - permettre la détection du circuit ouvert au sol ou en vol 10 entrainant la saturation de la mesure à Rmes à la valeur RMAX. La résistance de terminaison 4 est donc disposée en parallèle du circuit entre la gaine et le conducteur central pour la première variante ou entre les deux conducteurs pour la seconde variante représentée à la figure 15 1. Un avantage du détecteur à thermistor de l'invention est de : - rendre la mesure ohmique par le calculateur K compatible de ses capacités de mesure lorsqu'il n'y a pas de panne détectée 20 c'est-à-dire lors d'un début d'incendie ou d'une surchauffe ; - saturer la mesure en cas de perte de continuité du circuit lorsqu'une panne survient dans la plage nominale de températures, c'est-à-dire hors d'un début d'incendie ou d'une surchauffe. 25 La figure 2 représente une courbe de réponse de la résistance Rmes mesurée par le calculateur K en fonction de la température. La figure 2 superpose sur un même graphique : différentes courbes correspondantes à différentes solutions dont celles de 30 l'invention correspondantes aux courbes 13 et 14. L'échelle des valeurs de résistances est une échelle logarithmique. Le tracé 10 représente la valeur RmAx que le calculateur K est capable de mesurer. Au-delà de cette valeur RmAx le circuit du détecteur 35 incendie est vu comme un circuit ouvert du point de vue du calculateur K. Dans l'exemple de la figure 2, cette valeur RmAx est sensiblement proche ou égale à 2 kohms, c'est la valeur de saturation. Le tracé 12 correspond à une solution de type détecteur à s thermistor standard, c'est-à-dire sans résistance de terminaison. Les valeurs de résistances calculées par le calculateur en dessous de 140°C environ sont au-delà de la valeur RmAx. En conséquence, le calculateur ne peut discriminer une panne de la chaîne de mesure de température, par exemple une coupure de fil du détecteur, du harnais de liaison vers les calculateur ou 10 un défaut de la connectique, d'un fonctionnement nominal. Typiquement à ces températures, au sol ou en vol un détecteur de ce type ne permet pas d'assurer une fonction de surveillance de bon fonctionnement du détecteur ni de mesurer la température via le détecteur. Le tracé 11 représente une solution de type détecteur 15 pneumatique. Il y a une discontinuité de la courbe vers 170°C/180°C correspondant à une surchauffe détectée. Un problème est que le suivi de la température ne permet pas de détecter en amont l'évolution de la température de manière à permettre des actions anticipées de type arrêt du moteur. 20 Enfin les tracés 13 et 14 correspondent à deux solutions de l'invention pour deux différentes valeurs de résistances de terminaison 4, également notées RTERM. Dans le cas du tracé 14, la valeur de RTERM est de 1,85 kohms et 25 dans le cas du tracé 13, la valeur de RTERM est de 1 kohm. Un avantage de ces deux configurations est que la plage de mesures du calculateur K est dans l'exemple de [0 ; 2 kohms], la résistance de terminaison 4 peut être mesurée quelque soit la température jusque dans des températures très négatives. 30 Les tracés 13 et 14 correspondent à deux exemples de configurations de résistance de terminaison RTERM qui permettent à la fois d'assurer la mesure de température dans toute la première plage Pi, dite plage utile, et spécifiquement aux températures basses ainsi que la vérification de la bonne continuité électrique du circuit de la chaîne de 35 mesure de température. 2 9992 85 - 10 - Les tracés 13 et 14 de la solution de l'invention permettent de mesurer des variations de températures respectivement dès 70°C et 80°C environ. En deçà de ces valeurs la mesure converge très vite vers la valeur de la résistance de terminaison car la résistance de l'isolant devient très s importante. Pour les tracés 13 et 14 la résistance constituée par les deux conducteurs du détecteur et les harnais de liaison vers le calculateur n'a pas été prise en compte car considérée comme négligeable. 10 La figure 3 correspond à la configuration RTERM de 1,85 kohms qui donne une meilleure sensibilité que la configuration avec RTERM de 1 kohm, la résistance de 1,85 kohm peut être considérée comme la valeur proche de l'optimum dans cet exemple. La première courbe 20 représente la sensibilité de la mesure de la 15 résistance Rmes exprimée en ohm/°C vue le calculateur K en fonction de la variation de la température. La seconde courbe 21 représente la sensibilité exprimée cette fois en pourcentage de la pleine échelle/°C, la pleine échelle étant de 2 kohms. Les deux courbes suivent sensiblement la même évolution. 20 Dans la plage [100°C; 200°C] la sensibilité du détecteur à thermistor avec RTERM de 1,85 kohm varie entre 0,2 et 0,6% de la pleine échelle, notée également « PE », du calculateur K par degré C, équivalent à une variation de 3,8 à 11,5 01°C. On constate que les variations de températures peuvent être 25 détectées à partir d'environ 70°C jusqu'à environ 250°C dans une large plage large. Un avantage de l'invention est que la mesure de la résistance R mes est largement indépendante de la longueur du détecteur et des harnais de raccordement. Le détecteur peut être installé de différentes manières, par 30 exemple tout autour du calculateur pour couvrir une large zone de détection ou une zone plus confiné à proximité du calculateur. La zone de détection peut être prédéfinie par le choix d'un ou d'une pluralité de détecteurs, leur configuration et leur position ou leur agencement, la zone peut prendre en compte le détecteur lui-même, son harnais, le connecteur de liaison, c'est à 35 dire la liaison avec le calculateur. Un autre avantage est que la mesure demeure analogique et permet un suivi de la température pour prévenir d'éventuelles surchauffes du circuit ou d'incendies. Un autre avantage de l'invention est de choisir une valeur de s résistance de terminaison RTERM légèrement inférieure à la valeur maximale de la résistance mesurable RmAx par le calculateur de manière à prévoir une marge de fonctionnement. Dans l'exemple choisi, le choix d'une résistance de terminaison à 1,85 kohm pour une valeur maximale de mesure RmAx de 2 kohm donne une marge théorique et arbitraire de 7,5% destinée à éviter les 10 saturations de la mesure. Cette marge permet notamment d'intégrer certaines dérives liées à la mesure, au bruit ou à la résistance des conducteurs du détecteur et des harnais. Un autre avantage de l'invention est de disposer d'un détecteur dont la connexion s'effectue à une seule extrémité via 2 contacts électriques. 15 Cette configuration permet une installation ou un agencement simple du détecteur et une maintenance facile lors du remplacement d'un détecteur par exemple. REVENDICATIONSI. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe (1) comprenant au moins un détecteur à thermistor (2) permettant de détecter une augmentation de température, caractérisé en ce que le détecteur à thermistor (2) permet de vérifier une continuité électrique du détecteur à thermistor dans une première plage (P1) de valeurs de températures, ledit détecteur à thermistor (2) ayant une impédance de terminaison (RT) adaptée à la plage de mesure d'impédance d'un calculateur (K), ledit calculateur (K) étant adapté pour effectuer une mesure d'impédance. 2. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vérification de la continuité électrique du détecteur à thermistor permet de détecter une panne du dispositif de détection d'incendie. 3. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vérification de la continuité électrique comprend la vérification électrique d'une chaine de mesure comprenant le détecteur à thermistor et au moins un harnais. 4. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détecteur à thermistor (2) comprend une gaine conductrice (7) et au moins deux éléments conducteurs (6, 6') et un isolant (3) dont la conductivité varie en fonction de la température. 5. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux éléments conducteurs (6, 6') sont deux conducteurs centraux à l'intérieur de la gaine (7) conductrice et séparés par l'isolant (3). 6. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledétecteur à thermistor (2) permet de détecter une augmentation de la température dans une seconde plage de valeurs (P2) comprise entre 70°C et 250°C. 7. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur à thermistor (2) permet de détecter une augmentation de la température dans une troisième plage de valeurs (P3) comprise entre 70°C et 140°C, ladite troisième plage étant comprise dans le seconde plage et permettant d'anticiper l'apparition d'une surchauffe dans la zone critique située aux alentours de 180°C. 8. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur à thermistor (2) permet de détecter une augmentation de la température dans une quatrième plage de valeurs (P4) comprise entre 110°C et 190°C, ladite quatrième plage (P4) étant comprise dans le seconde plage (P2). 9. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première plage de valeurs (P1) est comprise entre -80°C et jusqu'à plus de 1100°C. 10. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première plage de valeurs (P1') est comprise entre -55°C et jusqu'à + 70°C. 11. Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'impédance de terminaison est une résistance ayant une impédance comprise entre 100 ohm et 10 kohms. 30 35 12.Dispositif de détection d'incendie et de surchauffe selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la plage de mesure du calculateur est comprise dans une bande de 0 à 10 kohms.