CIRCUIT FOR FIRE ALARM APPARATUS CONTROLLED BY GAS-SENSITIVE SEMICONDUCTOR SENSORS WITH LOW POWER CONSUMPTION

Abstract: 1. A monitored circuit for detecting fire by a gas-sensitive semiconductor, with a low level of consumption, comprising on the one hand a semiconductor element (Rc1 ) with an electrical resistance varying with the nature and the amount of gas and fumes to which it is exposed, and on the other hand a heating filament (Rc2 ) for said element, characterised in that the semiconductor and its heating filament are connected in series whereby the same current passes therethrough.

Description: L'invention a trait à un circuit de détection d'incendie à faible consommation de courant par semi-corlducteur sensible au gaz avec contrôle permanent du circuit. Tous les montages connus utilisant un détecteur d'incendie par semi-conducteur sensible au gaz présentent le double inconvénient de fonctionner avec une forte consommation de courant et d'être sensible à des gaz non caractéristiques d'incendies. La consommation élevée de courant, de tordre de 0,5 à 1 watt par élément détecteur, a pour conséquence l'obligation d'employer des cablages de caractéristiques bien définies et l'obligation de recourir à des batteries d'accumulateurs de secours de très forte capacité - accroissant ainsi l'encombrement du dispositif et son prix de revient. La sensibilité à des gaz non caractéristiques d'un incendie risque d'entraîner le déclenchement d'alarme meme en absence de monoxyde de carbone, ces détecteurs étant sensibles notamment a' de nombreux hydrocarbures -et divers produits de nettoyage. L'objet de la présente invention est un circuit de détection à faible consommation de courant, au moyen d'un semiconducteur sensible au gaz de type usuel comprenant d'une part un semi-conducteur de résistance électrise variant avec la nature et la quantité des gaz et des fumées auxquels il est exposé, d'autre part un filament de chauffage de l'élément, caractérisé en ce que l'on connecte en série le sem.-conduc- teur et son filament chauffant Ainsi contrairement aux circuits détecteurs antérieurs où le filament cnauffant était parcouru par un courant relativement important I dont la variation était non significative lors de la variation de la résistance de l'élément semi-conducteur en présence de gaz provenant d'incendies, l'expérience montre d'une part que l'on peut appliquer aux bores du circuit de détection lors de sa mise en service une tension de l'ordre de 5 à 20 volts et obtenir un courant i stable parcourant l'élément semi-conducteur et le filament d'autre part obtenir un accroissement non négigea; ;le #i de ce courant au cours de la détection de la présence du monoxyde de carbone, cct accroissement, résultant de la diminution de resistance du senai-conducteur, acilitant le retour à 1 < position d'équi- libre initial après disparîtioii du monoxyde de canSeV.1 Un autre objet de l'invention est de limiter en outre la consommation d'un tel circuit en cas de saturation de l'é lelnent détecteur semi-conducteur lors d'un exces de monoxyde de carbone par la mise en série d'une résistance de valeur prédéterminée avec le circuit série élément détecteur semiconducteur, filament. L'expérience montre que l'on parvient à obtenir alors, pour des tensions de l'ordre de 5 à 20 volts, un point d'équilibre stable en dépit de variations extérieures de température de l'ordre de -20 à +80 par exemple tout en réduisant la consommation du circuit qui devient 50 fois plus faible que la consommation des éléments usuels. En outre lorsqu'une telle condition est atteinte on constate que l'élément semi-conducteur est tout particulièrement sensible au monoxyde de carbone et proportionnellement beaucoup moins sensible aux autres gaz. Un autre objet de l'invention est de maintenir la très faible consommation de courant de détection lors de la transmission du signal de détection de la présence du monoxyde de carbone par diniinution de la résistance de l'élément semiconducteur en série avec le filament par la combinaison d'un circuit de détection et d'un circuit de retard contenant un condensateur, le circuit de détection entraînant l'émission d'un signal de courte durée par decnarge du condensateur exclusivement lors d'une détection du passage de la résistance de l1élément semi-conducteur de sa résistance en absence de monoxyde de carbone à un autre état. Il en résulte une consommation de courant dérisoire, l'émission n'ayant lieu que lors de la détection de la presence de monoxyde de carbone. Une autre caratéristique de l'invention est d'utiliser la faible tension nécessaire à la détection pour disposer en parallèle avec le circuit de détection le dispositif de con trôle de son tonctiorlnement au moyen d'une diode électroluminescente commandée par un circuit intermittent. Ainsi, cor.trairement aux dispositifs antérieurs neces- sitant une consommation dc 20 à 30 mA pour transmettre l'information d'alarme résultant d'une dim-nuticn de la résistance de ltélément détecteur semi-conducteur, la transmission du signal de détection ne consomme que quelques microampère Urie autre caractéristique de l'invention est de maintenir la consommation à un niveau extremement bas lors du traitement du signal de détection tout en assurant le contrôle d'un ensemble de circuits de détection de ce type, par la prévision d'un circuit commun du traitement des signaux Ca- ractérisé en ce que l'ensemble alimenté par la même tension comprend un circuit commun de transmission des signaux de détection connecté à un potentiel de référence commun et trois circuits de comparaison desdits signaux-avec trois tensions de référence caractérisant l'alarme, le fonctionnement normal et le dérangement soit par coupure de la ligne de tension positive soit par coupure de la ligne de retour. L'expérience montre que l'ensemble du système fonctionne parfaitement pour une consommation des circuits de détection de l'ordre de quelques milliampères, les circuits de traitement des signaux reçus ayant une consommation de l'ordre de 500 FA . D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante laite en référence aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de la présente invention. Sur les dessins La figure l est une représentation schématique des circuits de détection de l'élément détecteur à faible consommation électrique, La figure 2 est la représentation schématique d'un ensemble de circuits de détection reliés à un même circuit de traitement des signaux et, La figure 3 le schéma détaillé des circuits de contr8le général du fonctionr.ement normal ou dé1ectueux de l'ensemble du système. Le détecteur à faible consommation représenté figure l comprend un élément semi-conducteur détecteur de gaz cofisti tué d'un élément semi-conducteur sensible représenté sous la forme de la résistance tical, la valeur de cette résistance variant en fonction des gaz et fumées en contact avec l'élément semi-conducteur et un filament llc2 connecté en série avec le semi-conducteur de résistance variable flc1. Afin d'éviter la présence de courant d'intensité trop élevée en cas de saturation de l'élément semi-conducteur lors d'un trop grand apport de monoxyde de carbone, une résistan- ce ltlo est connectée à la borne 6 de l'élément semi-conducteur représenté par Rc1. La borne 7 du filament Rc2 est reliée à la ligne 8 recevant la tension d'entrée fournie par la ligne 28, figure 3, à la borne 2. La résistance R10 est reliée à la ligne 9 connectée à la borne 1 recevant la tension d'alimentation de la ligne 29 figure 3 qui dans l'exemple représenté est de + 12v. La source de tension alimentant les lignes 28 et 29 pouvant être quelconque n'a pas été représentée. Le signal détecté par l'élément détecteur Rcl, Rc2 est transmis par la borne 6 reliée par la connexion d'entrée 11 à l'amplificateur opérationnel C11 dont la seconde connexion d'entrée 12 est connectée à la borne commune 13 de la résistance Rg et du potentiomètre P1. L'alimentation des circuits de ltamplificateur Cl1 s'effectue par les connexions 14 et 15. On règle le potentiomètre P1 pour que la tension appliquée à l'amplificateur opérationnel C11 par iZ soit inférieure à celle résultant de 11 élément semi-conducteur de résistance Rc1 de façon que le niveau de la sortie 16 de C11 soit O lorsque cet élément n1est pas en contact avec le monoxyde de carbone. Si V désigne la tension de la borne 6 et U celle de la borne 13 la sensibilité du système de détection dépend de la différence entre les valeurs V et U. Dès que le monoxyde de carbone pénètre dans l'élément semi-conducteur de détection, la résistance cl de l'élément diminue de sorte que la valeur V diminue jusqu ' à un seuil de déclenchement U où le potentiel V à la borne 6 devient inférieur ou égal au potentiel U de la borne 13. La diminution de la résistance Rc1 de 11 élément semiconducteur entraîne un léger accroissement de tension à la borne commune : filament Rc2 - élément semi-conducteur Rc1. L'accoissement du courant traversant le semi-conducteur et le filament Rc2 se stabilisant, on constate que l'on conserve une consommation très faible tout en facilitant l'auto- nettoyage de l'élément détecteur lors de la dissipation du monoxyde de carbone et du retour de l'élément détecteur. Dans le cas d'urne saturation compléte dc l'élément serni-co1Jducteur entralnatat une grande diminution de la résistance Rc1, la résistance R10 limite le courant a une valeur prédéterminée qui peut être de l'ordre de îmA sur le détecteur. Dès que le seuil de déclenchelnent est atteint c'est-àdire lorsque la tension à entrée îl de l'amplificateur opé- rationnel C11 est inférieure ou égale à celle de l'entrée 12, la tension à la sortie 16 de l'amplificateur entraîne la conduction du thyristor T1 ainsi que la diode électroluminescente d'alarme Del par le circuit ligne 9, Del, R6, T R7 ligne 8. La transmission de ce déclenchement d'alarme s'effectue par un circuit particulier afin de rendre disponible ce signal très faible au circuit de traitement des signaux représenté figure 3. A cet effet, la transmission est retardée par le circuit de retard composé du condensateur C2 et de la résistance R7 permettant la transmission d'un signal d'alarme disponible à la borne 3 avec un retard de l'ordre de lms. Ce signal est transmis par la diode D1, la diode de Zener DZ1, la borne 3 et le fil d'entrée S d'accès au circuit de traitement des signaux représenté schématiquement en 17 figure 2. Sur cette figure on a représenté un enser.uble de n dc'.- tecteurs dont les bornes, portant les mêmes références sont raccordées pour établir la continuité de la ligne 8 de tension positive de l'ordre de 12 V par exemple et 9 de la tension 0 dans l'exemple indiqué. La ligne de transmission S des signaux est corlnectée à la borne commune 18 des résistances R11 et R13 de façon à fournir une valeur de référence Vs. Le contrôle du fonctionnement du détecteur est assuré par un circuit impulsionnel commandant l'allumage par top de la diode électroluminescente De 2 signalant le Ioxaction- nement du détecteur. Les tensions appliquées au thyristor T2 sont d'une part la tension de référence de la borne commune des résistances R1 et 2' d'autre part la tension de l'entrée 20 connectée à la résistance R3 en série dc la diode De2. Lorsque le condensateur C1 se charge à travers la résistance R4 sa tension croît jusqu'à la valeur de la tension de référence de la borne 19. Lorsque cette valeur est atteinte, le thyristor Ta devient conducteur entraînant une décharge rapide de Cl à travers la diode De2 ce qui a pour effet de diminuer la tension d'entrée 20 et de bloquer à nouveau le thyristor T2. Le contrôle de l'alimentation des circuits de comrnande des éléments semi-conducteurs de détection étant ainsi assuré par un moyen à très faible consommation de l'ordre de 500FA on assure le contrôle du fonctionnement normal, du fonctionnement d'alarme, d'une coupure de la ligne de distribution 9 et de la ligne de distribution 8 au moyen de trois tensions de référence U1, U2 et U3 que l'on détermine respectivement par le réglage des potentiomètres P2, P3 et P4 figure 3. Ces tensions sont appliquées respectivement aux bornes 21, 22 et 23 des amplificateurs Ap1, Ap2 et Ap3. Les tensions de référence sont choisies pour que dans les conditions normales de fonctionnement leurs valeurs satisfassent aux inégalités suivantes U) U3 > UI) U2 o < 1) et 3 > Vs > U2 (2) La ligne S de transmission des signaux étant connectée respectivement aux bornes 24, 25 et 26 des amplificateurs ApI, AP2 et Ap3, les inégalités (2) entraînent une tension 0 à leurs bornes de sortie connectées respectivement aux condensateurs C4., C5 et C6. Ces condensateurs ayant leur autre borne connectée à la ligne 8 de tension 0, les amplificateurs ne modifient pas la conduction des circuits, de sorte que le thyristor T3 n'étant pas conducteur la diode de Zener DZ2 est passante permettant la conduction du transistor T4 et l'allumage normal de la diode électroluminescente De4. L'allumage de cette diode est caractéristique du bon fonctionnement des éléments semi-conducteurs de détection en absence de mon oxyde de carbone. Bien que la diode de Zener D < sot passante, la diode électroluminescente De3 ne peut s'allurner en raison de la forte valeur de la résistance R19. Dès qu'un signal d'alarme apparaît, la ligne S transmet un signal retardé et la valeur de la tension Vs est telle que Ul > Vs > U2. Il en resulte que les conditions d'entrées appliquées à l'amplificateur Ap1 sont modifiées et que sa ten sion dc sortie rend conducteur le thyristor 9 erltralrnant 3 l'allumage de la diode électroluminescente d'alarme De3 ainsi que l'excitation du relais d'alarme triel se trouvant chacun dans un des circuits en parallèle contenant les résistances R17 ou R18. La chute de tension en résultant à la borne commune H17-918 bloque la diode de Zener DZ2 de sorte que le transistor T4, devenant non conducteur, éteint la diode De4 indicatrice du fonctionnement normal. En cas d'une coupure d'une ligne, on détecte d'une part la coupure entraînant un manque de tension sur la ligne 9, d'autre part la coupure entraînant le manque de tension sur la ligne 8. Si le fil de liaison 9 est coupé, la tension de référence Vs devient celle de la ligne 8 soit 0. Dans ce cas les sorties des amplificateurs Ap1 et Ap2 entraînent les conductions de T3 et du transistor T6. La conduction de T6 entraîne alors celle du transistor T5, laquelle entralne l'allumage - de la diode électroluminescente De5, en série avec la résistance 27, et du relais indicateur de dérangement Re2, en série avec la résistance R28. Si le fil de liaison 8 est coupé, la tension du fil S est celle de la ligne 9, soit 12 volt dans l'exemple considéré de sorte que seul l'amplificateur Ap3 fournit une tension de sortie non nulle. Dans ces conditions le transistor T5 est rendu conducteur, entraînant comme précedeminent l'allumage de la diode électroluminescente De5 et I'excitation du relais Re2.

Claims: REVENDICATIONS 10) Circuit de détection contrôlé à faible consommation de courant, au moyen d'un semi-conducteur sensible au gaz comprenant d'une part un semi-conducteur de résistance électrique variant avec la nature et la quantité des gaz et fumées auxquels il est exposé, d'autre part un filament de chauffage dudit élément, caractérisé en ce que le circuit de détection comprend en série ledit élément semi-conducteur et ledit filament Rc2 de telle sorte qu'ils sont parcourus par le même courant. 20) Circuit tel que revendiqué en I dont le courant unique traversant le filament de chauffage Rc2 disposé en série avec l'élément semi-conducteur Rcl est limité par une résistance R10 de valeur prédéterminée disposée dans le même circuit série. 30) Circuit tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 dont la tension variable du semi- conducteur est appliquée à un amplificateur opérationnel C11 caractérisé en ce que l'émission du signal de détection du monoxyde de carbone s'effectue par la décharge d'un condensateur sous le contrôle de l'amplificateur. 40) Circuit tel que revendiqué en 3 comprenant un circuit de déclenchement d'alarme relais Rel, une diode électroluminescente De3 et un circuit du témoin De4 de fonctionnement normal sans alarme intégrés à un circuit général de traitement des signaux 17, ce dernier incluant au moins un premier circuit de comparaison et d'amplification Apl de la tension Vs du signal transmis lors de la détection d'une diminution de la résistance Rc1 de l'élément détecteur de gaz et une tension prédéterminée Lri de la ligne de transmission dudit signal, le dispositif de comparaison maintenant l'alimentation du circuit témoin du fonctionnement normal du détecteur de gaz lorsque la valeur de la tension Vs de la ligne de transmission est supérieure à la tension prédéterminées U1 et coupant ce circuit pour commander le circuit d'excitation de déclenchement d'alarme Re lorsque le signal Vs a une tension inférieure à U1. 50) Circuit tel que revendiqué en 4 comportant en outre un second circuit de comparaison et d'amplification Ap2 recevant le signal Vs du circuit détecteur de gaz et une tension prédéterminée U2, caractérisé en ce que ledit amplifi cateur déclenche uii signal de dérangement du système lorsque la tension Vs est inférieure à la tension U2 caractéristique de la coupure de la ligne d'alimentation en tension du circuit détecteur. 60) Circuit tel que revendiqué e 3 comportant en outre un troisième circuit de comparaison et d'amplification Ap3 recevant le signal Vs du circuit détecteur de gaz et une tension prédéterminée U3 de valeur telle que ledit circuit déclenche un signal témoin de dérangement Re2 lorsqu'il détecte une tension Vs supérieure ou égale à la tension U3, caractéristique de la coupure de la seconde ligne d'alimentation du circuit détecteur. 70) Circuit tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 3 à 6 comprenant un ensemble de circuits détecteurs de gaz caractérisé en ce que la ligne commune Vs de transmission des signaux détectés est connectée à un point commun 18 de résistancs Rll-Rl3 d'un circuit monté en parallèle avec les détecteurs alimentés par des lignes d'alimentation communes 8, 9. 80) Circuit tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque détecteur comprend en outre un circuit intermittent d'allumage d'une diode électroluminescente De2 témoin de l'alimentation en tension de l'élément détecteur.

Inventors: NUDELMONT, JEAN-CLAUDE
Applicants: NUDELMONT, JEAN-CLAUDE
Application year: 1981
Main classification: G08B17
IPC codes: G01N33, G08B17, G01N27