FIRE DETECTOR

Abstract: 1. A fire detector equipped with a reference element and an analysing element which is constituted by an open radioactive ionization chamber (1) the impedance of which varies in the presence of combustion gases, said elements being coupled in a bridge and connected to two inputs of two voltage comparators (A1 and A2) each connected to an alarm system (S1, S2) such that imbalance of the bridge produces a signal at the output of one or other comparator depending on the direction of the imbalance and operates the corresponding alarm system, characterized in that the voltage applied at the terminals of the analysing chamber lies within the so-called recombination zone of its curve for ionization current as a function of the voltage applied.

Description: DéTECTEUR D'INCENDIE L'invention concerne un détecteur d'incendie. I1 existe de nombreux types de détecteurs ou d'avertisseurs d'incendie tels que des détecteurs d'élévation de température comportant généralement des thermistances, des détecteurs de radiations émises par une flamme et comportant des cellules photo-électriques ou un tube Åa effluves et des détecteurs de fumée ou de gaz de combustion. Ces derniers sont basés sur des phénomènes optiques ou bien comportent au moins une chambre d'ionisation parcourue par un courant qui varie en fonction des gaz qui la traversent. Tous ces dispositifs sont connectés électriquement à un système d'alerte ou d'alarme commandé par un dispositif qui établit la différence entre une valeur de mesure et une valeur de référence correspondant i un niveau normal ou tolérable. Ces dispositifs nécessitent généralement une consommation importante de courant ce qui est particulièrement onéreux étant donné leur fonctionnement en continu. En outre, ils sont sensibles aux phénomènes extérieurs perturbateurs et utilisent, pour les détecteurs d ionisation, des sources radioactives importantes. L'invention propose une électronique particulièrement fiable et de faible consommation. Celle-ci est basée sur une mesure de comparaison entre une valeur mesurée et une valeur de référence. En outre, l'invention permet de réaliser un système d'alerte en cas de mauvais fonctionnement du dispositif. Le dispositif selon l'invention est destiné à titre adapté à de nombreux types de détecteurs électriques qui comportent un système d'alerte ou d'alarme, un élément de référence et un élément d'analyse dont l'impédance varie en présence d'une élévation de température et/ ou de radiations et/ou de gaz de combustion, lesdits éléments de référence et d'analyse étant montés en série ou en parallèle et constituant deux branches adjacentes d'un montage en pont de Wheastone dont les deux autres branches sont constituées par des résistances éventuellement variables tandis que la diagonale de mesure ou pont, joint, soit les points de connexion communs des résistances et desdits éléments, soit respectivement les extrémités des éléments détecteurs. Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce que les deux extrémités du pont sont connectées respectivement aux deux entrées de deux comparateurs de tension, montés en parallèle et en inverse, reliés chacun à un système d'alerte de telle sorte qu'un déséquilibre du pont crée un signal à la sortie de l'un ou de l'autre comparateur selon le sens de déséquilibre et commande le système d'alerte correspondant. Avantageusement dans ce cas une hystérésis est crée entre les deux déclenchements au moyen par exemple d'un pont diviseur de tension aménagé à l'une des entrées de l'un des comparateurs. L'expérience montre que les comparateurs sont avantageusement constitués par des amplificateurs linéaires dont le gain est programmable. Il a en outre été trouvé après des recherches et des essais nombreux que les amplificateurs qui permettent un bon fonctionnement sont des amplificateurs opérationnels intégrés connus sous les références IM 4250 ouAÂ 776. Il est clair que cette disposition est adaptable à de nombreux types de détecteurs et les éléments de référence etld'analyse peuvent titre constitués par des tubes à effluves sensibles aux radiations ou des thermistances sensibles aux élévations de température ou des chambres d'ionisation sensibles aux gaz de combustion. Les chambres d'ionisation peuvent en outre comporter des électrodes sous tension réduite dont l'une est munie d'une source radioactive ou des électrodes soumises à une haute tension avec ou sans radio-élément. Il est possible aussi que l'un au moins des comparateurs soit précédé d'au moins un dispositif adaptateur d'impédance tel un transistor à effet de champ. Dans le cas d'un détecteur dont les éléments de référence et d'analyse sont constitués par deux chambres d'ionisation par radioactivité munies éventuellement d'une électrode commune, il est apparu parti culièrement important que les hauteurs des chambres d'analyse et de référence soient respectivement de 12,5 mm et de 7,5 mm. Un dispositif selon l'invention a une grande sensibilité due à sa mesure par comparaison, et permet de commander un système d'alerte incendie ou un système d'alerte dérangement selon le sens du déséquilibre du pont. Dans son application aux détecteurs à ionisation, l'invention permet d'utiliser des sources faiblement radioactives, ce qui représente un intérêt considérable étant donné les réglementations strictes dont sont ltobJet de telles sources et les risques de contamination qui existent avec des sources de forte radioactivité. Pour diminuer encore les sources radioactives utilisées dans les détecteurs il a été imaginé d'augventer d'autant plus la tension appliquée aux chambres. Cependant, il est apparu contrairement aux idées reçues que cette tension devait titre limitée. Une étude du phénomène d'ionisation montre que la courbe du courant d'ionisation en fonction de la tension appliquée au système présente plusieurs zones. Dans la première zone, dite zone de reoombinai- son certains des ions contenus dans la chambre se recombinent entre eux. Cette zone a été jusqu'à présent très peu utilisée contrairement aux autres zones telles que la zone de chambre d'ionisation, la zone compteur proportionnel ou la zone de Geiger-Muller. L'inventeur a découvert que cette zone de recombinaison qui correspond donc à une mauvaise chambre d'ionisation était psrticulièrement sensible aux fumées ou gaz de combustion. En conséquence selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel au moins l'élément d'analy- se est constitué par une chambre d'ionisation par radioactivité,la tension appliquée aux bornes de cette chambre d'analyse est située dans la zone dite de recombinaison de sa courbe de courant d'ionisation en fonction de la tension appliquée. En outre il a été trouvé particulièrement intéressant que l'élément de référence soit constitué par la résistance interne d'un transistor à effet de champ disposé dans le montage en pont. En effet cette résistance interne très importante varie en fonction des paramètres extérieurs,autre que les gaz de combustion, sensiblement de la mdme manière que la chambre d'analyse et constitue donc un bon élément de référence. Dans ce cas il est avantageux que la source du transistor à effet de champ soit reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance variable qui permet de faire varier la résistance interne du transistor à effet de champ. Il est alors possible au moyen de cette résistance variable d'ajuster la tension appliquée à la chambre d'analyse et dans le cas d'un montage en parallèle d'a juster l'équilibre du pont. Pour économiser de l'énergie, selon un mode de réalisation, le détecteur est muni d'une source basse tension d t alimentation générale et d'un générateur de plus haute tension pour les éléments d'analyse et de référence piloté en tension par un régulateur conçu et disposé de manière à ne délivrer une tension audit générateur que lorsque la tension de celui-ci reste inférieure à une tension de référence. Dans ce cas le régulateur est avantageusement constitué par un comparateur dont l'une des entrées est connectée à une source de tension de référence et l'autre entrée à un point du circuit situé en aval du générateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités apparartront à la lecture de la description qui va suivre en référence au dessin annexé dans lequel t - La figure 1 montre schématiquement un premier mode de réalisation d'un détecteur selon l'invention muni de deux chambres d'ionisation t - La figure 2 montre une disposition en série semblable à celle de la figure 1 dans laquelle l'été ment de référence est constitué par la résistance interne d'un transistor à effet de champ.; ; - La figure 3 montre un mode de réalisation semblable à celui de la figure 2 mais avec un montage en parallèle et, - La figure 4 montre un mode de réalisation monté en parallèle et muni d'un générateur de tension et d'un régulateur0 Les détecteurs à ionisation sont connus et comportent au moins une chambre dans laquelle est disposé une matière radioactive destinée à ioniser ladite chambre. lorsqu'une fumée ou des gaz de combustion pénètrent dans la chambre, l'état d'ionisation est modifié de manière telle que le nombre des charges mobiles diminue, ce qui revient à une augmentation de l'impédance interne de la chambre, Dans l'exemple représenté à la figure 1, le dispositif comporte deux chambres d'ionisation 1 et 2 respectivement d'analyse et de référence montées en série. Chacune de ces dernières est pourvue d'une matière radioactive 3 et 4. Les chambres sont disposées de telle sorte que l'électrode positive 5 de la chambre d'analyse 1 et l'électrode négative 6 de la chambre de référence sont connectées au point commun B tandis qu'une source de courant est connectée entre les points A et C ctest-à-dire entre les électrodes positive et négative des chambres respectivement 2 et 1. (Source de 18 à 30 V par exemple). Le point commun B est relié électriquement à l'en- trée d'un quadripole Q1 lui-meme suivi d'un quadripole Q2. Les quadripoles Q1 et Q2 sont des adaptateurs d'impédance destinés à abaisser la grande impédance de sortie des chambres. Il est évidemment possible de'n'utiliser qu'un seul quadripole adaptateur d'impédance, tel qMn transistor à effet de champ par exemple ou tout autre composant équivalent. Trois résistances en série R1, R2 et R3 sont montées en parallèle entre les points À et C, la résis- tance R2 étant disposée en potentiomètre. La sortie X du quadripole Q2et un point Y variable sur la résistance R2 sont connectés respectivement aux entrées négative et positive d'un amplificateur opérationnel A1. La sortie X est en outre connectée par l'intermédiaire d'une résistance R4 à l'entrée positive d'un amplificateur opérationnel A2 tandis que le point Y est relié électriquement à l'entrée négative de ce dernier. Le point Y est donc connecté aux entrées positive et négative respectivement des amplificateurs A3 et A2, par l'intermédiaire dans l'exemple représenté de deux résistances d'entrée R6 et R70 les amplificateurs opérationnels A1 et A2 utilisés en comparateur sont avantageusement programmables au moyen des résistances R3 et R3, La résistance 24 disposée entre le point X et l'entrée de l'amplificateur A2 constitue l'une des résistances d'un pont diviseur R4, elt R5 dont le point milieu Z est directement connecté à l'entrée sus-mentionnée. Il est clair que lea chambres 1 et 2 constituent deux branches adjacentes d'un pont de Wheastone, les deux autres branches étant formées par les résistances R1, R3 et la résistance variable R2 disposée entre ces dernières tandis que la diagonale de mesure ou pont est comprise entre les points X et Y. Les amplificateurs A1 et A2 sont respectivement connectés à deux systèmes d'alerte S1 et S2 comportant notamment des quadripoles Q3, Q4 et des résistances ou bobines relais 7 et 8 destinées à actionner tout moyen convenable lumineux et/ou source et/ou d'autres relais. Lorsque la tension en X est inférieure à la tension d'entrée de l'amplificateur A1, celui-ci bascule et un signal déclenche le système d'alerte S1. Par contre lorsque la tension Z est supérieure à la tension d'entrée de l'amplificateur A2 celui-ci bascule et actionne le système S2e La figure 1 montre deux chambres 1 et 2 schématisées. En pratique celles-ci sont disposées dans un boitier éventuellement commun, la chambre d'analyse 1 étant ouverte et la chambre de référence 2 complètement ou partiellement fermée. le fonctionnement est simple à comprendre. Le potentiomètre R2 est réglé de manière que le pont soit équilibré. Si des phénomènes extérieurs autres que des émissions de fumée modifient les impédances des deux chambres, le pont n'est pas déséquilibré et aucun système d'alerte n'est commandé. Par contre si des gaz de combustion pénètrent dans la chambre d'analyse, le courant qui la traverse est modifié et la tension au point Z devient supérieure à la tension d'entrée de l'amplificateur A2, ce qui déclenche le système d'alerte incendie S20 Au contraire, si le déséquilibre du pont a lieu dans l'autre sens, c'est-à-dire Si la tension au point I devient inférieure à la tension d'entrée de iL'amplificateur A1, c'est le système d'alerte dérangement ou défaillance S1 qui est déclenché. Ce déclenchement a lieu par exemple à la suite d'une détérioration des quadripoles adaptateura d'impédance Q1 Q2 ou une rupture des branches à résistances ou encore à la suite d'un mauvais réglage du potentiomètre R2 etc. Le pont diviseur R4, R5 permet d'établir un seuil de déclenchement en décalant le point d'équilibre du pont, de manière à réaliser une hystérésis entre les déclenchements des alertes respectivement incendie et dérangement. Cette disposition permet d'éviter le passage brutal d'un état à l'autre. Dans le dispositif décrit, il est apparu particulièrement avantageux d'utiliser comme composants électroniques pour les amplificateurs A1 et A2 les amplificateurs opérationnels mentionnés ci-avant. De même les adaptateurs d'impédance peuvent titre réalisés sous la forme d'un seul transistor à effet de champ, du type 2N 4416 par exemple. En outre la hauteur de chacune des chambres est importante et il a déjà été dit que les chambres d'analyse'et de référence 1 et 2 ont avantageusement des hauteurs de 12,5 mm et 7,5 mm. Il est clair que le montage en série des chambres 1 et 2 n'est pas obligatoire et il est possible d'imaginer un montage en parallèle sur l'alimentation, les chambres 1 et 2 constituant malgré tout deux branches adjacentes du montage en pont comme le montre la figure 4 par exemple sur laquelle on reviendra plus loin. Les figures 2 et 3 montrent deux modes de réalisation très importants selon l'invention. Elles représentent schématiquement un montage en série (figure 2) semblable à celui de la figure 1 et un montage en parallèle (figure 3) semblable à celui de la figure 4. Toutefois ici l'élément de référence (chambre 2 des figures n et 4) est remplacé par la résistance interne Ri d'un transistor à effet de champ TEC, la résistance Ri étant représentée en pointillé puisqu'il s'agit d'une résistance fictive. La figure 2 reprend la disposition série de la figure 1 et on retrouve les résistances R1, 22 et R3 ainsi que les extrémités du pont X et Y. Cette disposition est particulièrement avantageuse, car elle permet d'utiliser une source radioactive très faible de l'ordre par exemple de 0,05AC c'est à dire de 1850 désintégrations par seconde. En effet cette faible radioactivité entratne une impédance élevée de la chambre d'analyse 1, compensée par la résistance interne Ri de grande valeur. En outre si le pont est ajustable au moyen de la résistance variable R2, il est possible d'aJuster le point d'équilibre au moyen d'une résistance R5 variable de charge aménagée à la source du transistor TEC qui permet de modifier la résistance interne Rio Cet ajustement autorise ainsi une utilisation d'une gamme importante de sources radioactives0 La figure 3 montre également un montage en pont avec une chambre d'analyse 1, un élément de référence constitué par la résistance interne Ri du transistor TSC et des résistances Ra et Rr constituant les deux autres branches du pont. Toutefois pour ajuster 1'é- quilibre du pont, au lieu d'avoir une résistance Rr variable, il est avantageux de prévoir comme pour la figure 2 une résistance variable de charge Rs à la source du TEC qui permet de faire varier la résistance Rio En outre comme il a été dit, la tension appliquée aux bornes de la chambre d'analyse est située dans la zone de recombinaison de celle-ci. La figure 4 montre un mode de réalisation int6- ressant avec deux chambres d'ionisation respectivement d'analyse et de référence 1 et 2 comme à la figure 1 mais montées en parallèle. Dans ce mode de réalisation le point Y est réglable sur la résistance Rr de la chambre de référence (analogue à celle de la figure 3) tandis que la résistance RA de la chambre d'analyse de la figure 3 est constituée par deux résistances R8 et R90 Ce mode de réalisation comporte comme celui de la figure 1 des comparateurs A1 et A2 et des systèmes d'alerte schématisés en S1 et Toutefois ce mode de réalisation est muni d'une alimentation d'assez basse tension représentée par des petits triangles tandis que les chambres 1 et 2 sont alimentées par un générateur de tension plus élevde(de l'ordre par exemple de 15 à 30 volts) qui comporte dans l'exemple représenté, un oscillateur et un transformateur Tf à perméabilité élevée, par ex emple/Cc > 1000 gauss, muni de deux enroulements primaires en série et un enroulement secondaire. Les oscillations sont entretenues par un transistor TR piloté en tension par un régulateur comportant un amplificateur opérationnel A3 monté en comparateur et un transistor R2. L'entrée inversée de l'amplificateur A3 est connectée à un pont diviseur constitué par des résistances R10 R11, R12 et la diode Z qui délivre une tension de référence, tandis que l'autre entrée dudit amplificateur est connectée au circuit entre les résistances R8 et R9 qui constituent un pont diviseur avec la chambre d'analyse 1. Avec cette disposition, l'amplificateur A3 ne délivre une tension à l'oscillateur que lorsque la tension ainsi prélevée n'atteint pas la tension de référence appliquée à son entrée inversée, de telle sorte que la tension secondaire à l'oscillateur est contrôlée tandis que sa consommation est tributaire de la consommation secondaire d'utilisation, particulièrement faible dans ce mode de réalisation0 Il est évident que les modes de réalisation dé crits peuvent subir un grand nombre de modifications ou titre combinés sans sortir du cadre de l'invention. En outre les éléments d'analyse décrits sont constitués par des chambres d'ionisation par radioactivité et il est clair que celles-ci pourraient être remplacées par des électrodes soumises à une haute tension à l'aide d'un générateur du type décrit au sujet de la figure 4 ou par d'autres moyens détecteurs de chaleur ou de radiations. Enfin les modes de réalisation des figures 1, 2 et 3 peuvent évidemment utiliser un générateur et un rdgulateur du type décrit à propos de la figure 4.

Claims: REVENDICATIONS 1 - Détecteur d'incendie muni d'un système d'alerte, d'un élément de référence et d'un élément d'analyse dont l'impédance varie en présence d'une élévation de température et/ou de radiations et/ou de gaz de combustion, lesdits éléments de référence et d'analyse étant montés en série ou en parallèle et constituant deux branches adjacentes d'un montage en pont de Wheastone dont les deux autres branches sont constituées par des résistances évertuellement variables tandis que la diagonale de mesure ou pont joint, soit les points de connexion communs des résistances et desdits éléments, soit respectivement les extrémités des éléments détecteurs, caractérisé en ce que les deux extrémités du pont (X et Y) sont connectées respectivement aux deux entrées de deux comparateurs de tension(A1 et Ai, montés en parallèle et en inverse, reliés chacun à un système d'alerte (S1, S2) de telle sorte qu'un déséquilibre du pont crée un signal à la sortie de l'un ou de l'autre comparateur selon le sens de déséquilibre et commande le système d'alerte correspondant. 2 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une hystérésis est crée entre les deux déclenchements au moyen par exemple d'un pont diviseur de tension aménagé à l'une des entrées de l'un des comparateurs. 3 - Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les comparateurs sont constitués par des amplificateurs linéaires dônt le gain est programmable, 4 - Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les amplificateurs sont des amplificateurs opérationnels intégrés connus sous les références SE 4250 ou A7760 5 - Détecteur selon l'une quelconque des reven dications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de référence et d'analyse sont constitués par des tubes à effluves sensibles aux radiations ou des thermistances sensibles aux élévations de température ou des chambres d'ionisation (1 et 2) sensibles aux gaz de combustion. 6 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qutau moins l'un des comparateurs est précédé d'au moins un dispositif adaptateur d'impédance (Q1, Q2), tel un transistor à effet de champ. 7 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dont les éléments de référence et d'analyse sont constitués par deux chambres d'ionisation par radioactivité (1 et 2) munies éventuellement d'une électrode commune, caractérisé en ce que les hauteurs des chambres d'analyse et de référence sont respectivement et sensiblement de 12,5-mm et de 7,5 mm. 8 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dont au moins l'élément d'analyse est constitué par une chambre d'ionisation (1) par radioactivité caractérisé en ce que la tension appliquée aux bornes de cette chambre d'analyse est située dans la zone dite de recombinaison de sa courbe de courant d'ionisation en fonction de la tension appliquée. 9 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont l'élément d'analyse est constitué par une chambre d'ionisation par radioactivité (1) caractérisé en ce que l'élément de référence est constitué par la résistance interne (Ri) d'un transistor à effet de champ (TEC) disposé dans le montage ffi pont. 10 - Détecteur selon la revendication 9 caractérisé en ce que la source du transistor à effet de champ (TEC) est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance variable(Rs) qui permet de faire varier la résistance interne du transistor à effet de champ. 11 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il est muni d'une source, basse tension d'alimentation générale et d'un générateur de plus haute tension pour les éléments d'analyse et de référence piloté en tension par un régulateur conçu et disposé de manière à ne délivrer une tension audit générateur que lorsque la tension de celui-ci reste inférieure à une tension de référence. 12 - Détecteur selon la revendication 11 caractérisé en ce que le régulateur est constitué par un comparateur (A3) dont l'une des entrées est connectée à une source de tension de référence et l'autre entrée à un point du circuit situé en aval du générateur.

Inventors: COLLARD, JEAN-CLAUDE
Applicants: UNIVERSAL DET (SOCIETE A RESPONSABILITE LIMITEE)
Application year: 1979
Main classification: G08B17
IPC codes: G08B17