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"A'4R'(.IORUIONS :ft ADJONCTIC fS AUX DETBCTNURS J)' J.lCINIa:1 A CATHODE l'ROUIE"
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INTRODUCTION -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
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La 48t.ot1011. ou la p1"6-c16tect10a ^ , 1 peentatt de nos jouira, une importance de plus en plus marquée et, observant les insuffisances graves de certaine type.
de détecteurs connaissant une certaine faveur sur le marché international, tenant compte de la nécessité de produire des appareils répondant, presque dans chaque cas d'utilisation, à des conditions bien spécifiques, il a été jugé opportun d'apporter aux systèmes existants des améliorations et des adjonctions complétant leurs caractéristiques de sécurité opérationnelle, leur sensibilité, et d'étendre, dans certains cas, le nombre de critères sur la base desquels la détection ou la pré-détection d'incendie est obtenue.
L'autre part, dans l'ensemble des pays appartenant à la Communauté Européenne de l'EURATOM, li existe une raglementalion très stricte limitant sévèrement ion rayonnements radio- actifs issus de détecteurs ou pré-détecteurs du type ionique, ce qui implique la mise en oeuvre de techniques spéciales visant à réduire l'importance ou l'influence des radiations émises par les sources ionisantes inclues dans certains de ces dispositifs.
Le présent mémoire a pour but de décrire un ensemble de procédés et d'améliorations mises en oeuvre pour répondre aux exigences techniques modernes et aux réglementations restric- tives sur l'émission ou la cispersion de radiations radioactives indésirables provenant, en orare principal, de systèmes ou d'appareillages de détection ou de pré-détection d'incendie.
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MEMOIRE bÎÎ3Cù ..¯...".....¯¯....¯¯¯..¯..
La procédé de détection connu sous le vocable de
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détection ou pré-d6toction d'incendie" et qui repose sur l'ionisation des gaz, vapeurs, fumées, aérosols ou produite généralement quelconques de distillation résultant d'une combus- tion sporadique ou spontanée, a été amplement décrit dans ses moindres détails, y compris les éléments de signalisation télé que relais, appareils de mesure, témoins au néon, etc... etc...
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par P. MALSALLMZ, aans son brevet belge n. 39µ.134 lui délivre par arrêté ministériel du 3I.1.1963.
La méthode de détection mise en oeuvre par cet auteur, est schématisé en fig.I.
Une enceinte E, appelée chambre d'ionisation, ouverte, contient une préparation radioactive Ra et une électrode collée- trice K fortement isolée.
Dans ces conditions, si un champ électrique fourni par
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la batterie B, existe entre les parois de 3 de la chambre c1'ion1sation et l'électrode K, une résistance 8i de forte valeur Le 10 10 à 10 14 ohms par exemple) sera parcourue par un courant qui, partant de + Ble traversera la chambre, la résistance R une partie de P, dont nous verrons la fonction plus loin et, iinalement, retournera à - B1.
T est un tube électronique à vide poussé dont l'élément
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, de commande, en l'occurrence la grille 0 tortement isolée égalemee. ,i est connectée à la jonction de K et de R. xilament du 'Cube T est chauffé par la batterie B2
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1<%fi le potentiomètre P dont le curseur est connecta électriquement à R de façon telle que, par déplacement de ce curseur, le potentiel appliqué à G, via R, soit modifie, altérant
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ainsi le courant anodique de T alimenté par B3 via un galvanox3t.ra à zéro médian choisi ici pour les nécessités de l'expose.
G pourrait naturellement être n'importe quelle charge électrique adaptable à T.
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L'expérience montre que la déflexion de l'index de G est a la fois fonction de la nature du gaz introduit dans l'enceinte de le,chambre et que celle-ci peut être positive ou négative selon que le gaz ou mélange gazeux introduit est de densité plus petite ou plus grande que l'air et que pour un même gaz, cette même déflexion est proportionnelle à la pression lui impartie. Il est alors normal que le courant lu en G prend des valeurs plus petites ou plus grandes que celles lui imparties par réglage initial.
De ce qui précède, on peut donc conclure que le dispositif schématisé en fig,l est celui d'un analyseur de gaz responsif fondamentalement à la pression et à la nature du gaz ou mélange gazeux introduit dans un élément détecteur qui est une chambre d'ionisation, excitée par une préparation radioactive fournissant à l'électrode de commande d'un amplificateur élec- tronique, une tension apparaissant amplifiée dans le circuit anodique de ce même ampliricat eur ou pouvant être prélevée à basse impédance, elle peut servir éventuellement à toutes fins de contrôle ou de commande électrique souhaitables.
Dans certaines réalisations industrielles, le tube électronique chaulfe T, a été remplacé par un tube à décharge gazeuse appelé "tube à cathode froide". des tubes possèdent sur leur équivalent thermoionique, l'avantage ae ne pas posséder d'éléments chauffants.
Le fonctionnement de ceux-ci est basé sur une décharge électrique au-travers d'une atmosphère gazeuse entre deux élec- trodes, cathode et anode, initiée par une électrode intermédiaire généralement appelée "starter".
L'avantage de ne pas posséder d'élément chauffant que présente cette catégorie du tube, est contrebalancé par l'incon- vénient de signaux à tension élevée, nécessaires à défclancher le passage du courant et qui doivent être appliqués au starter, par des phénomènes de vieillissement et, lorsque travaillant à toute impédance d'entrée, par des phénomènes d'allumages intem- pestifs.
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D'autre part, le système 6;C aonodirectionnel, c'est-à- dire, que la décharge peut être amorcée, ou bien par accroissement du potentiel entre starter et cathode, ou par un décroissement
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de ool\11-cl sans situation intermédiaire,
Le système est donc un interrupteur du type tout ou rien réagissant comme les tubes du type thyratron à cathode chauffée.
L'inconvénient des tensions élevées à appliquer aux
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starter de ce genre d'organe, est partiellemest oonorobol,ono' par le fait que les courante nécessaires à leur opération sont extrêmement petite et peuvent être encore réduite par l'1D.ertloa d'un condensateur entre starter et cathode comme O-Z en fig.2.
Dans ce schéma# on retrouve la même chambre d'touisation qu'en fig.1 ainsi que la même r6aistance de charge R, tandis que le circuit anodique est chargé par un relata Rel dont les contacts
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sont figurée en Ele Ka et X39 un a'arrange de façon telle que le oiviaeur potent10-' métrique représenté par la chambre d'iomeation 3 et la réelstance B, tasse apparaître sur le start6r B de la triode eu cathode froide TF, une différence de potentiel telle que le tube il à la limite d'allumage.
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Si maintenant, on introouit en zig un gaz plua lourd que l'air, la tension aux bornea de cette chambre tend à croître par suite de la diminution do courant dans le circuit R-le
Dès lora, la tension du starter croit, le tube TF s'allume et un courant circule dans le circuit de charge opérant le relais Rel.
Si maintenant, on introduit en B un gaz plus léger que
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1'bir, le phénomène inverse se produit, c'.s1;-à-aire que la tension entre le starter et la cathode decroîv et le tube ne s'allume pas.
C'est ce qui explique le non-fonctionnement des soi-disant predétecteurs atinceudie en présence de feux sans fumée tels que ceux observés en présence de la combustion d'alcool, d*éthort de glycol ou auures produits hautement volatile ou inflammables qui brûlent en ne dégageant que de l'air chaud qui, étant plus léger que l'air à température normale et pénétrant dans la chambre
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d'ionisation, empêche le xonc1;
ionnement de ces pre-4.teceur8.'
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D'autre part, noua 8Yon. expliqué c1-cI'8'U' que lei
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déolanchesant du la décharge entre cathode et anode d'un tube à cathode troidev ne pouvait itre obtenu que par une variation importante de tension sur la starter. ceci impliqua que 1. charma radioactive excitant la chambre d'ionisation aoli dtre Importante et que la tension aux bornes de celle-ci doit itre assez élevées Toutafoia, comme les réglementa iaaua de l'UR1OM obligent 1 utiliser des sources très faibles d'isotopes fniblo rayonnement parasite, on est amené 4 revoir ? so .- chambres d'ionisation d'un montage très particulier, 1 ,01108 bout un compromis entre une dispersion parasite ue rayonnement a1n1mua,
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une tension optimum sur la starter avec une adaptation électrique aussi proche que possible de l'idéal.
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Uns t,..ls chambre représentée en x16.µ permet de sa
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rapprocher des conditions optima reprises ci-dessus, Bile est
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oesentiellement constituée par un CY12mue Cy coulissant dans un anneau métallique À via des tiges telles quo Hl et ii,.
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AU centre de cet anneau est monta un support en matériel
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à haut pouvoir diélectrique, tel que le tétlon ou le po118tIrèAe,
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dans l'axe duquel est percé un trou pour y recevoir une électrode
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apb,riquo .8.
Le cylindre Cy porte en oucto un pont P pouvant CQul188e en hauteur selon eaux ae son genératrices diamétralement oppose@ $
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Ce ponte à son tour, porte un cylindre 8 dans lequel esc sortie
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la charge radioactive Ra. Il est donc possible de déplacer 01 ainsi que la source Ra, par rapport z B, en faisant coulisser Uv en A et P le long de Cl.
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Cy et le porte-source b sont connectés au négatif de la
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bazterie 8 do la zig,2# taudis que l'élocrorodo sphérique est
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connectée au positif de la même batterie via la résistance R
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dont le point est connecte au starber de TF.
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Dans ces conditions, en agissant sur la géométrie
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doublement variable de la chambre alionisatîou et observant que Cy est à un potentiel négatif par rapport à B, on peut influencer
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le parcours, en distance dans t'air, des particules alpha issues
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de Ba et concentrer ces particules en B en augmentant la différence de potentiel aux bornes do B, puisque B est positif par
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Sans ces conditions,
il existe un réglage pour lequel la champ électrique en Cy est maximum et la densité de parti- cules reçues en B également.
Il en résulte que par rapport aux chambres d'ionisation à tiges centrales, on obtient pour une même charge Ra une sensibilité beaucoup plus grande ou avec une charge réduite, une sensibilité égale à celle des chambres ordinaires.
Toutefois, s'il est possible d'obtenir un maximum très poussé de rendement d'une telle chambre, il n'en reste pas moine vrai que le starter de 8 doit être préalablement porté à un potentiel bien déterminé, par construction, au travers d'une résistance R de valeur très élevée.
L'emploi de valeurs fixes de telles résistances se heurte à deux objections fondamentales, en premier lieu, leur coût et, en second lieu, le fait que la valeur ohmique fixe ne peut être idéalement adaptée aux conditions d'opération de TF.
On sait, en effet, que si l'on considère la chambre d'ionisation comme un générateur, l'adaptation idéale veut que la résistance de charge en série avec ce générateur soit égale à la résistance interne de celui-ci.
Dès lors, si l'on veut adapter une chambre d'ionisation à paramètre variable à TF, il faut rendre R variable également.
Ceci est fait en réalisant R sous la forme d'une seconde charge radioactive de très faible valeur disposée en face d'un plateau fixe tandis que le support de la seconde charge Rs2, peut être déplacé par rapport à ce même tableau.
L'ensemble est schématisé en fig.4.
Le diviseur potentiométrique formé par R sous la forme @@@ si variable et la chambre d'ionisation, est retourné @ unelesistance R2 à un ensemble diviseur de tension R1-P1, de façon telle que si les valeurs cnmiques de R et de la chambre d'ionisation sont egales, on puisse faire varier le potentiel appliqué en S en agissant sur le curseur de P1.
Dans ces conditions, on réalise une adaptation idéale de la chambre d'ionisation par rapport à sa charge et on amene à
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voiMmte le potentiel w 6 aurai prêt que possible ae l'allumage au moyen de Qui 20U?Oroi., on odnerve que, si le réglage cL* 21 est pou s. zut la limite d'amorçage de Tyq celui-ci s'allume à la moindre variation de la valeur nominale de la source de tension B3 et que, môme cette source demeurant stable, dee variations thermiques ambiantes sont susceptibles de déclancher intempestivement le tube TF, Cbst la raison pour laquelle il 1 .
mbéréb à s'écarter, dans une certaine mesure, des tensions trop proches à l'amorçage de TF et c'est ce qui justifie l'intérêt, tant d'obtenir une chambre d'ionisation à haute sensibilité, convenablement adaptée à sa résistance de charge, car dans ce cas, les variations de tension présentes en S atteignent une très grande valeur pour de très faibles variations des concentrations gazeuses ou de fumées dans la chambre d'ionisation et, dès lors, le système présente une très grande marge de sécurité alliée à une sensibilité très élevée.
Lorsqu'un montage comme celui indiqué en fig.4 est utilisé en détection d'incendie, il peut y avoir intérêt à ce que sa répons puisse être retardée de façon à éliminer les alarmes intempestives qui pourraient être provoquées, soit par des bouffées de fumée, soit par l'acheminement vers le détecteur de gaz extérieurs sollicitant l'appareillage par à-coups.
Pour ce faire, il suffit d'introduire entre 8 et la cathode de TF, un condensateur ajustable par exemple qui permette de délayer l'action de S.
Toutefois, si l'on veut introduire un tel condensateur dans le montage, on se heurte à une très grosse difficulté qui réside dans l'isolement électrique d'un tel condensateur.
La difficulté peut être tournée en associant en série au
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condensateur variable, un condensateur 3ace très soigneusement isolé, au polystyrène par exemple, en série avec le condensateur variable.
Une telle association de condensateurs est inaiquée en
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fig.4 ou 01 est le condensateur fixe et 0 le condensateur variable, Un raffinement très intéressant à la chambre aioni.satio do la mig.41 consiste à introduire entre la source ionisante Ra et l'electrode collectrice B, une ou plusieurs éleectrodes de
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ccmtrde (grilles) permettant un réglage électrique du champ à l'intérieur ae la chambre et de l'intensité du bomberasmeut de articulée atteignant B.
Ces éléments de contrôle ou grilles peuvent prendre la
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'01'llQ alanneauxe oe plaques de dèflexion ou de lentilles électro- niques convenablement polarisées et placées sur le chemin des
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particules Issue ue la aource radioactive Ka.
Une telle oiapoeition est utilisée dan. le schéma ae la r16.5 dont il sena question dan8 la suite du présent exposé.
En effet, ainsi qu'il a été expliqué plue haut, par Mite du zonctionnemeràt unilateral des tubes à méthode froide, il cet impossible de réaliser, avec un montage à tube unique, un détecteur ou un pre-aétecteur a'incendie intégral. par le qualificatif intégral, nous entendons un détecteur opérant aussi bien sous l'influence de produite de combustion plus légers ou plus lourds que l'air.
Un circuit réalisant la condition de détection intégrale,
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est schématisé en fig.5 avec l'utilisation aa chambres 4'ion1nation à grilles.
Dans ce schéma, deux triodes à cathode froide, Zl1et'r?29 sont montées de façon telle qu'elles débitent, dans leur circuit de cathode, dans un relais commun Rel. shunte par une diode D amortissant les extra-tensions de rupture comme dans les schémas précédents,
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Dans les circuits de starter de chacun des tubes c011I1dérée, on retrouve les condensateurs fixe et variable 01 et 2' comme précédemment décrits.
Toutefois, t'attaque des starter par les chambres d'ioni- nation est raite d'une façon inversée pour chacun des tubes.
Ainsi, alors que TF1 est monté comme dans les précédents
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circuits, c' est-a-dire, que ce tube s'allumera lorsque la chambre d'ionisation E sera influencée par un gaz plus lourd que l'air, la chambre E', identique à E, est montée dans le bras opposé au
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potentiomètre rorme par R' et 8' , de façon celle que, si un gaz plus léger que l'air pénètre en E', la résistance apparente de cette chambre diminue, dès lors, la tension sur le starter 8'
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Augmente tç la relais Bel opère,
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ho montage de ce relais dans les oigoui%à cathodiques des tuées a cathode froide, en générait sxt préférable A celui inique clans les schèmes précèdent* perce qu'il évite la prononce permanente do la tendon d'alimentation sur 1'*xoiv*&ion au .ia1.,
Les tubes Tri et '2 pourraient être remplacée utilement par un 1;ube à deux starter tels que 113 de la 11'" '6 JJa'" àa, le starter a, plaue au voisinage immésiiaz de il 3, d4claxche l'allumage du tune pour un signal ue polarité negacive par rapport à aa cathode zip tnnai8 que le starter D2 déclenche l'allumage du même tube pour un signal ae polarité positive par rapport a la cathode.
Une ou plusieurs anodes auxiliaires telles que A2 de la
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tig.6 peuvent être prévues pour en faciliter l'allumage et réduire le temps de désionisation.
Il est évident que toute charge électrique convenablement adaptée, soit au circuit anodique, soit au circuit cathodique, comme montré en fig.5, peut être utilisée en lieu et place du relais Rel.
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La fig.7 montre un cas particulier d'utilisation d'une résistance Rk commune à Tri et T?20 Dans ce circuit, lorsque l'un des tuoes s'allume, une tension apparaît aux bornes de la résistance Rk, et une impulsion traverse le condensateur C3 relié à un troisième tube a cathode froide TF4.
Le starter de ce tube est polarisé par un diviseur
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potentiométrique constitué par les résistances a,$ fi et Rot de façon s ce qu'une tension permanente existe sur le starter par rapport à la terre. Sous l'influence de l'impulsion issue de RK
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et traversant Cl, le tube Tl4 alimente par la ligne PQ s'allume et transmet au condensateur C4 une impulsion transmise à son tour à la résistance R9 et la aiode D qui, à son tour, transmet cette impulsion à .La ligne MN.
Si l'on considère maintenant que le starter de TF5,
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polarisé identiquement à celui de T?41 TF5 étant contenu en zizi, est raccordé a la résistance 8kl de T?4, du fait que et dernier
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iube s'allume 11 d.éclanche l'allumage de T85 qui, a son tour,
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fournit uno impulsion à la ligne MN et ainsi de sutie,le phénomne se reproduira en chaîne et la ligne MN recevra autant d'impul- sions qu'il y a de tubes TF s'allumant successivement par suite de l'agitation initiale d'un de ceux-ci. Un tel système permet donc d'obtenir autant d'impulsions qu'il y a de détecteurs à la suite d'un appareil excité et ae localiser, par comptage du nombre d'impulsions, l'appareil ayant initialement opéré,
Revenant au montage de la fig.5, même utilisant un tube comme celui schématisé en fig.6, celui-ci présente l'inconvénient d'être très onéreux au point de vue industriel et l'obligation d'utiliser deux chambres d'ionisation et deux résistances R et R' qui font que l'on fait croître indûment le rayonnement parasite émis par le détecteur.
Si l'on considère que, dans le cas de combustion sans fumée, il y a toujours présence d'air chaud, on peut penser à pomplscer TF2 et ses éléments connexes par un montage thermosta- tique-thermovélccimétrique moins onéreux et plus simple.
Un tel montage est schématisé en fig.8.
Dans ce circuit, le potentiomètre P1 et la résistance R1 alimentant la chambre d'ionisation via la résistance de protection R, est remplacé par la chaîne potentiométrique de la fig.8, R1, Plot R2 appartenant au circuit de la fig.4.
La chaîne potentiométrique de la fig.8 est essentiellement composée de deux résistances fixes R12 et R14 et de deux potentiomètres R10 et R13.
Trois résistances à constante thermique négative, R11, R15 et R16, sont également utilisées dans ce circuit, dont l'opération est essentiellement la suivante i )osant momentanément R11 inexistante, le potentiel .bique la chambre d'ionisation E est dérini par la tension existant entre la jonction de R10 et R12 et la position du curseur de R13.
Ces deux points sont shuntés par les thermistances R15 et R16, Si R16 est soustrait à l'action des variations thermiques extérieures, et qu'au contraire, R15 soit expose à ces variations, la valeur absolue de R!5 diminuera et, en conséquence, la tension
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au point 0 de jonction de R15 et R16 croîtra par rapport à la terre et, étant transmise au starter de TF via la chambre d'ionisation E, provoquera l'allumage du tube,
Si R15 et R16 sont choisis rigoureusement égales en valeur ohmique à une température déterminée et qu'il soit admis que le rapport ces valeurs absolues de ces résistances reste égal à l'unité pour aes variations très lentes de température les affectant, les variations de R16 représenteront les valeurs de la différentielle thermique de l'endroit où elles se situent.
Cette mesure est donc une mesure différentielle thermique ou encore la mesure vélocimétrique de temperature.
Revenons maintenant à la résistance R11 rintroduite dans le circuit. Cette résistance, diminuant en valeur absolue avec la zempérature du lieu, en choisissant convenablement la position au curseur de R10. le courant dans la chaîne potentio- métrique, pour une valeur bien déterminée de R11' peut être ajuste de façon telle que la Tension au point 0 atteeigne la valeur critique d'allumage de TF et on obtient ainsi la mesure thermométrique de l'endroit considère.
Le circuit de la fig.8 réalise donc dans le seul tube à. cathode froide TF, la détection ionique des gaz, vapeurs ou mélanges gazeux plus lourds que l'air, simultanément à la détec- tion thermovéocimétrique et thermostatique des conditions ambiantes.
@ On notera que ce dispositif peut être complété par la système.d'impulsions d'identification réalisé ici par l'adjonction d'une tétrode à cathode froide TF5 comme précédemment exposé.
Dans certains cas de détection, il y a intérêt à ce que, dans le cas de feux sans fumées, le système détecteur soit rendu très sensible. Dans ce cas, on adjoint entre les éléments de détection thermovélocimétrique tels que R15 et R16, un transistor
Tr comme montré en fig.9.
L'utilisation d'un transistor dans un tel circuit est extrêmement intéressante. En effet, disposant d'une tension élevée pour l'alimentatbn de l'ensemble, ce transistor peut être chargé par une résistance telle que R19 (fig.9) de valeur
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très élevée, et l'on obtient ainsi une amplification on tension de plusieurs centaines de fois.
C'est précisément; ce qu'il faut pour attaquer le starter
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S de T? via R2 et la chambre d'ioniaation.
On obtient ainsi un ensemble extrêmement sensible qui, dans la fig.9, a sa sortie d'utilisation entre le point U et la
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terre, olont-a-direg aux borne. de la résistance me qui représente le syatéme 'ut111aation pouvant être généralement quelconque 4aD, ce case
Cependant, un tel circuit n'a qu'une sortit en U et il
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7 . parfois inthrdt à aavoir si c'est le détecteur ionique ou le circuit theoatatique-thoraovéloc1métriqu6 qui * opère.
Pour obtenir ce résultat, on introduit dans le montage
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(voir rig,10) une petite tétrode à cathode froide 1J!'6 qui cet attaquée par le transistor thormontatique-zhermoyêlocim6trique et l'on obtient ainsi entre U1 et la terre une sortie qui sera nous tension lorsque le détecteur thermique aura fonctionné,
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tandis que sur la triode d cathode froide Tl? chargée danR aa cathode par RK6, on trouve lors de l'opération de TF7 une seconde tension entre U2 et la terre.
Disposant des lors de deux lignes d'information, on peut désirer, pour des raisons d'identification, une troisième sortie en régime d'impulsions ou en régime direct, comme indiqué en fig.8 pour le tube TF5. à cet effet, le starter d'un troisième tube' cathode
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troide Tra (voir tis ll) est connecté capacitivement via un condensateur 0,, à 1'F et galvaniquement via la résistance 121.
à ce même starter pré-polarisé par le diviseur potentiométrique constitué par les résistances R22 et R23,
Lorsque l'un ou l'autre des détecteurs opérant TF6
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dèclanchoq on retrouve en U, une impulsion lnclopendante du type de détecteur ayant fonctionné tandis qu'entre la diode D et la terra, on retrouve une impulsion qui peut être utilisée à des fins
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d'1aent111cat10n comme décrit plus haut.
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V V i/ '1/ V .P Si l'ensemble de détection ionique et thermo.,tloo1a6trique qui vient d'être décrit plue haut présente d'incontestable* evan- tagea, il peut rester inopérant dans le cas de déflagrations non suivies d'émission de fumées ou d'élévation de température. C'est le cas, par exemple, d'étincelles de court-circuits, d'arcs ou
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de déflagrations préalables à une mise' reul C'est la raison pour laquelle, il est souhaitable d'adjoindre aux détecteurs précédemment décrits, un système susceptible e f@@@
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indication quant à la présence de phénomon ,. ,n8 transitoires, comme signalé ci-dessus.
La fig.12 représente un tel circuit de détection. Il est composé essentiellement d'un élément photo-électrique IR choisi pour sa sensibilité dans 1'infra-rouge, muni d'un filtre d'hoc et pourvu d'un réflecteur parabolique par exemple.
Cet élément photosensible attaque la base d'un transistor TR2 qui lui, a son tour, attaque une triode à cathode froide,
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ou tout autre élément multi-éleezroue similaire. Lorsque la cellule IR est excitée, il apparaît aux
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bornes ae la résistance de charge R26 de TR2 une tension qui dé cl anche l'opération (Le la triode à cathode froide llt8 bc un courant, circulant en Rk8g fait apparaître entre Us. et 1..: terre une tension qui peut eere employée à toutes tins utiles.
Le schéma ue la r16,ij est uelui d'un détecteur tétravalent avec circuit d'identification comme expliqué préced8mat.
On y reconnaît le détecteur ionique dont l'organe essentiel est le tube à cathode froide TF, le détecteur d'infra-rouge et
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son amplificateur ut enfin$ le détecteur zhermostatiquethermovélocimétrique dont l'élément amplificateur ont le transis- tor Tr4.
La liaison entre les éléments est réalisée au moyen de
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trois triodes à cathode froide TFJO T?2 et ',83, de la raçon suivante t la résistance de charge Bki de T? est couplée capaoitivement 11a . le condensateur Cl au starter de fIl' tandis que la sortie, coté collecteur de ';cl" est couplé galvaniquomenc via B au même starter,
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Il résulte de ce couplage que si le électeur ionique ou le détecteur infra-rouge est sollicité, la résistance RK2 de TF1 est mise sous tension, Ceoi se traduit par une impulsion traversant le condensateur C2 et excitant, à son tour, le starter de TF2, loquel est couplé galvaniquement via R17 au collecteur du transistor Tr4.
En conséquence, si l'un des trois détecteurs est Molli- cite, on retrouve en RK3 une impulsion résultant de cette solli- citation, quel que soit le détecteur ayant opéré.
L'impulsion apparaissant en RK3 est transmise à sort tour au tube à cathode froide TF3 qui est le tube d'identification slimontè séparément, comme indiqué sur le schéma par la source Bi.
Le collecteur de TF3 est, en outre, retourné à un diviseur poten. tiométriquee constitué par les résistances R20 et R22 de façon toile que si une tension apparaît aux bornes de la résistance R24,TF3 s'allume également.
Ce dernier tube est le tube d'identification dont le @ fonctionnement a été décrit plus haut dans le présent mémoire, Il est évident que l'on peut entrevoir parmi les schémas repris' si-dessus, toutes les combinaisons que l'on voudra. Que les chambres d'ionisation peuvent être d'un modèle simple comme indiqué en fig.1 et 2, ou d'un modèle comme indiqué en fig.3 avec ou sans électrode complémentaire. quoique les schémas en annexe ne font apparaître que des transistors NPN, il est évident que tout autre type de transistor ou d'élément semi-conducteur amplificateur généralement quelconque, y compris les amplificateurs paramétriques, peut etre utilisé.
Finalement, le détecteur infra-rouge peut être choisi, a@@ les éléments photo-électrique à vide poussé, les ul@@ 'état solide à couche d'arrêt, photo-emissives ou photo-conductrices, pour autant qu'elles puissent être adaptées correctement au circuit.
De plus, les liaisons entre circuits, donnes dans l'exposé du présent mémoire comme étant faits via des tubes à cathode froide, peuvent être établies par tout autre procédé de mélange connu tel que tubes à cathodes rroides à double starter,
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diodes simples ou mélangeuses, transistors, thyratrons d'état solide, thyristors, tubes électroniques, etc... etc..,
Ayant exposé les principes fondamentaux a la base ci* la présente invention et les conditions dans lesquelles celle-ci peut être reproduite, nous exprimons les revendications suivantes :
REVENDICATIONS ------------------------------ I) Analyseur de gaz plus lourds que l'air, vapeurs ou fuméea comme schématisé en fig.4 annexe au présent mémoire, caractériel par l'adjonction au dispositif connu de la fig.1 d'une résis- tance variable constituée par une charge radioactive pouvais être déplacée en regara d'une électrode fixe de façon à réaliser la charge électrique optimum de la chambre d'ionisation, en combinaison avec un ensemble potentiométrique de réglage de sensibilité ou du seuil opératoire de l'ensemble et un groupage sérié de deux condensateurs dont un, de capacité fixe est à haut isolement, l' autre pouvant être ajusté de façon telle quo la constante de temps ae réponse de l'analyseur,
pouvant également être utllisé en détecteur ou pré-détecteur d'incendie, puisse être ajustée dans de très larges limites.
2) Comme au primo ci-dessus, la chambre d'ionisation étant construite de façon telle que sa géométrie soit rendue double- ment variable par coulissage d'un cylindre sur deux ou plusieurs pieds, dans une couronne; la charge radioactive elle-même pouvant être déplacée axialement par rapport au cylindre coulis- sant par déplacement longitudinal d'un pont supportant une source radioactive susceptible de coulisser Melon deux géné- rattices diamétralement opposées du cylindre de façon telle que la paroi (cylindre) de la chambre d'ionisation et la charge radioactive excitatrice puissent être séparément approchées ou écartées d'une électrode collectrice sphérique comme indiqué en fig.3,
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3)
Comme au secundo ci-dessus, des électrodes accélératrices (grillée), des lentilles électroniques ou des plaques de déflexion pouvant être disposées entre la source radioactive et l'électrode collectrice de façon à modifier la répartition du champ électrique au soin de la chambre d'ionisation.
4) Combinaison de deux ensembles détecteurs réalisée de façon telle que l'un des tubes à ettluve (triode à cathode froide) soit rendu opératif par suite de la présence de gaz, -vapeurs ou fumées, plus lourda que l'air, aomme revendiqué au primo ci-dessus tandis que l'autre soit rendu opératif pour les gaz plus lésera que l'air en inversant la position électrique de la chambre d'ionisation du second tube par rapport au premier comme indiqué en fig.5.
5) Comme au quarto ci-dessus, les tubes à cathode. froides et tous leurs accessoires fonctionnels étant réunis dans un bottier ad'hoc.
6) Comme au quarto ci-dessus, maia les deux tubes utilisés étant réunis en une seule unité à deux starter comme indiqué en fig.6.
7) Adjonction aux éléments détecteurs repris dans les reven- dications ci-dessus et celles exprimées ci-après, d'un tube à cathode froide complémentaire fournissant une impulsion élec- trique à une ligne lorsque l'un des détecteurs a fonctionné,
8) Gomme au 7 ci-dessus, le tube' cathode froide complémen- taire pouvant être remplacé par tout autre système généralement quelconque susceptible de fournir la même impulsion électrique à la même ligne. A titre exemplatif et non limitatif, citons les relais de tous types, les thyratrons à cathode chauffée ou d'état solide, les tubes thermoioniques, les transistors, les redresseurs à électrode de commande, etc... etc...
9) Combinaison de l'un quelconque des détecteurs ioniques comme repris ci-dessus avec un ensemble potentiométrique de deux résistances identiques à coefficient de température tel, qu'accouplées a un transistor, elles déterminent, au travers de la chambre d'ionisation, le fonctionnement du tube à cathode froide, connecté à celle-ci.
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L'une des resistances étant soumise aux varisations rapides de la température ambiante, l'autre étant soustraiue à ces mêmes variations, l'ensemble realise la combinsison de la détection ionique et thermovélcimetrique simuitanées, comme indiqué on fig.9, 10) Comme au 9 ci-dessue, le transistor attaquant un tube
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à cathode froide séparé pour obtenir zaza ¯,aréo8 de déteetîon# l'une ionique, l'autre th VV\Lmotr1qu..
11) Comme au 10' ci-dessus, un tube' cathode froide complé- ment aire recevant les signaux des deux voies de detections et transmettant ceux-ci, après mélange, comme indique en fig.11, à une ligne d'identification, nous forme d'impulsions 12) Combinaison d'un détecteur de rayonnement infra-rouge avec un transistor attaquant un tube à cathode froide de façon telle que lorsque le déecteur d'infra-rouge cet sollicité, le tube à cathode froiae opère après amplification par le transistor comme indique en fig.12.
13) Combinaison dos circuits de détection repris dans les revendications ci-dessus de façon telle que la présence de fumées, gaz ou vapeurs, accompagnée d'élévation de tempe-' rature ou (l'émission de rayonnement infra-rouge, sit detectée et: transmise vers un poste de signalisation comme indique en fig.13.
14) Comme indiqué au 13 ci-dessus, les éléments d'inter- connexion ou de mélange ou de transmission pouvant être, outre des tubes à cathode froide, des tubes électroniques, des transistors, des thyratrons d'état solide ou tout autre système susceptible de réaliser des fonctions similaires à celles indiquées au schéma de la fig.13.
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"A'4R '(. IORUIONS: ft ADJONCTIC fS AUX DETBCTNURS J)' J.lCINIa: 1 A CATHODE l'ROUIE"
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INTRODUCTION - = - = - = - = - = - = - = - = - = - = - = - = - = -
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The 48t.ot1011. where the p1 "6-c16tect10a ^, 1 peentatt of our will enjoy, an importance more and more marked and, observing the serious insufficiencies of certain type.
of detectors enjoying a certain favor on the international market, taking into account the need to produce devices that meet, almost in each case of use, very specific conditions, it was considered advisable to make improvements to the existing systems and additions supplementing their operational safety characteristics, their sensitivity, and extending, in certain cases, the number of criteria on the basis of which the detection or pre-detection of fire is obtained.
On the other hand, in all the countries belonging to the European Community of EURATOM, there is a very strict regulation limiting severely ion radioactive radiation coming from detectors or pre-detectors of the ionic type, which implies the setting implementation of special techniques aimed at reducing the importance or the influence of the radiations emitted by the ionizing sources included in some of these devices.
The purpose of this memo is to describe a set of methods and improvements implemented to meet modern technical requirements and restrictive regulations on the emission or dispersion of unwanted radioactive radiation originating, mainly, from systems. or fire detection or pre-detection equipment.
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MEMORY bÎÎ3Cù ..¯ ... "..... ¯¯ .... ¯¯¯..¯ ..
The detection method known under the name of
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fire detection or pre-detection "and which is based on the ionization of gases, vapors, fumes, aerosols or generally any distillation product resulting from sporadic or spontaneous combustion, has been amply described in detail, including tele signaling elements such as relays, measuring devices, neon lights, etc ... etc ...
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by P. MALSALLMZ, in his Belgian patent n. 39µ.134 issues it by ministerial decree of 3I.1.1963.
The detection method implemented by this author is shown schematically in fig.I.
An open enclosure E, called the ionization chamber, contains a radioactive preparation Ra and a highly insulated bonding electrode K.
Under these conditions, if an electric field provided by
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battery B, exists between the walls of 3 of the ionization chamber and the electrode K, a resistor 8i of high value Le 10 10 to 10 14 ohms for example) will be traversed by a current which, starting from + Ble will cross the chamber, the resistance R a part of P, whose function we will see later and, ultimately, will return to - B1.
T is a high vacuum electron tube whose element
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, command, in this case the tortely isolated grid 0 also. , i is connected to the junction of K and R. xilament of 'Cube T is heated by battery B2
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1 <% fi the potentiometer P whose cursor is electrically connected to R in such a way that, by moving this cursor, the potential applied to G, via R, is modified, altering
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thus the anode current of T supplied by B3 via a galvanox3t.ra with median zero chosen here for the requirements of the exhibit.
G could naturally be any electric charge adaptable to T.
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Experience shows that the deflection of the index of G is both a function of the nature of the gas introduced into the enclosure of the chamber and that this can be positive or negative depending on whether the gas or gas mixture introduced. is of smaller or greater density than air and that for the same gas, this same deflection is proportional to the pressure imparted to it. It is then normal for the current read in G to take smaller or larger values than those given to it by initial adjustment.
From the foregoing, it can therefore be concluded that the device shown schematically in fig, l is that of a gas analyzer fundamentally responsive to the pressure and to the nature of the gas or gas mixture introduced into a detector element which is a chamber of ionization, excited by a radioactive preparation supplying to the control electrode of an electronic amplifier, a voltage which appears amplified in the anode circuit of this same amplifier or which can be taken at low impedance, it can possibly be used for all purposes electrical control or command desirable.
In certain industrial achievements, the electron tube is heated T, has been replaced by a gas discharge tube called "cold cathode tube". tubes have over their thermionic equivalent, the advantage of not having heating elements.
The operation of these is based on an electric discharge through a gaseous atmosphere between two electrodes, cathode and anode, initiated by an intermediate electrode generally called a "starter".
The advantage of not having a heating element that this category of tube presents is counterbalanced by the disadvantage of high voltage signals, necessary to deflect the flow of current and which must be applied to the starter, by phenomena aging and, when working at any input impedance, by untimely ignition phenomena.
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On the other hand, the system 6; C aonodirectional, that is to say, the discharge can be initiated, either by increasing the potential between starter and cathode, or by decreasing
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from ool \ 11-cl without intermediate situation,
The system is therefore an all-or-nothing type switch reacting like thyratron type tubes with heated cathode.
The disadvantage of the high voltages to be applied to
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starter of this kind of organ, is partly the best oonorobol, ono 'by the fact that the currents necessary for their operation are extremely small and can be further reduced by the 1D.ertloa of a capacitor between starter and cathode like OZ in fig .2.
In this diagram, we find the same smelling chamber as in fig. 1 as well as the same charging resistance R, while the anode circuit is charged by a relata Rel whose contacts
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are shown in Ele Ka and X39 an arrangement such that the potent10- 'metric factor represented by the iomeation chamber 3 and the real instance B, cup appear on the start6r B of the triode in the cold cathode TF, a difference of potential such that the tube il at the ignition limit.
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If now a gas heavier than air is introduced in a zig, the voltage at the terminals of this chamber tends to increase as a result of the decrease in current in the circuit R-le.
As soon as the starter voltage increases, the TF tube lights up and a current flows in the load circuit operating the Rel relay.
If now, we introduce into B a gas lighter than
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1'bir, the reverse phenomenon occurs, that is, the voltage between the starter and the cathode decreases and the tube does not ignite.
This explains the non-functioning of the so-called atinceudie predetectors in the presence of smokeless fires such as those observed in the presence of the combustion of alcohol, of glycol or of highly volatile or flammable products which burn in releasing only hot air which, being lighter than air at normal temperature and entering the chamber
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ionization, prevents xonc1;
operation of these pre-4.teceur8. '
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On the other hand, tied 8Yon. explained c1-cI'8'U 'that lei
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deolancheant of the discharge between cathode and anode of a troidev cathode tube could be obtained only by a significant variation of tension on the starter. this implied that 1.radioactive charma exciting the ionization chamber to be Important and that the voltage across it must be quite high Toutafoia, as the UR1OM regulations require the use of very weak sources of isotopes. fniblo parasitic radiation, we are brought 4 review? so .- ionization chambers of a very particular assembly, 1, 01108 end a compromise between a parasitic dispersion ue radiation a1n1mua,
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an optimum voltage on the starter with an electrical adaptation as close as possible to the ideal.
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One t, .. ls chamber represented in x16.µ allows its
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bring closer to the optimum conditions mentioned above, Bile is
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oesentially constituted by a CY12mue Cy sliding in a metal ring A via rods such as Hl and ii ,.
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In the center of this ring is mounted a material support
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with high dielectric power, such as tetlon or po118tIrèAe,
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in the axis of which a hole is drilled to receive an electrode
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apb, riquo. 8.
The Cy cylinder carries in octo a P bridge which can CQul188e in height according to water ae its generators diametrically opposed @ $
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This spawn in turn carries an 8 cylinder in which esc exit
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the radioactive charge Ra. It is therefore possible to move 01 as well as the source Ra, with respect to z B, by sliding Uv in A and P along Cl.
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Cy and the source holder b are connected to the negative of the
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bazterie 8 do la zig, 2 # slums that the spherical elocrorodo is
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connected to the positive of the same battery via resistor R
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whose point is connected to the starber of TF.
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Under these conditions, by acting on the geometry
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doubling variable of the alionisatîou chamber and observing that Cy is at a negative potential with respect to B, one can influence
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the distance in the air, of the alpha particles
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of Ba and concentrate these particles in B by increasing the potential difference across do B, since B is positive by
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Without these conditions,
there is a setting for which the electric field in Cy is maximum and the density of particles received in B as well.
As a result, compared to ionization chambers with central rods, a much greater sensitivity is obtained for the same load Ra or, with a reduced load, a sensitivity equal to that of ordinary chambers.
However, if it is possible to obtain a very high maximum efficiency from such a chamber, it is not true that the starter of 8 must first be brought to a well-determined potential, by construction, through a resistance R of very high value.
The use of fixed values of such resistors comes up against two fundamental objections, firstly, their cost and, secondly, the fact that the fixed ohmic value cannot be ideally adapted to the operating conditions of TF.
We know, in fact, that if we consider the ionization chamber as a generator, the ideal adaptation is that the load resistance in series with this generator is equal to the internal resistance of the latter.
Therefore, if we want to adapt an ionization chamber with variable parameter to TF, we must also make R variable.
This is done by making R in the form of a second radioactive charge of very low value placed in front of a fixed plate while the support of the second load Rs2 can be moved relative to this same table.
The whole is shown schematically in fig. 4.
The potentiometric divider formed by R in the form @@@ if variable and the ionization chamber, is returned @ a resistor R2 to a voltage divider assembly R1-P1, such that if the cnmical values of R and the chamber of ionization are equal, we can vary the potential applied in S by acting on the cursor of P1.
Under these conditions, an ideal adaptation of the ionization chamber with respect to its charge is achieved and one leads to
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see the potential w 6 will have been ready as possible for ignition by means of Qui 20U? Oroi., we are worried that, if the setting cL * 21 is for. Zut the starting limit of Tyq, it lights up at the slightest variation in the nominal value of the voltage source B3 and that, even this source remaining stable, ambient thermal variations are liable to inadvertently trigger the TF tube, This is the reason why he 1.
mbéréb to deviate, to a certain extent, from the voltages too close to the ignition of TF and this is what justifies the interest, both in obtaining a high sensitivity ionization chamber, suitably adapted to its resistance load, because in this case, the voltage variations present in S reach a very high value for very small variations in gas or smoke concentrations in the ionization chamber and, therefore, the system has a very large margin of safety combined with very high sensitivity.
When an assembly like the one shown in fig. 4 is used for fire detection, it may be beneficial for its response to be delayed so as to eliminate unwanted alarms that could be caused, either by puffs of smoke , or by routing to the external gas detector requesting the apparatus in spurts.
To do this, it suffices to introduce between 8 and the cathode of TF, an adjustable capacitor for example which makes it possible to dilute the action of S.
However, if one wishes to introduce such a capacitor into the assembly, one comes up against a very great difficulty which lies in the electrical isolation of such a capacitor.
The difficulty can be turned by associating in series with the
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variable capacitor, a very carefully insulated 3-sided capacitor, for example polystyrene, in series with the variable capacitor.
Such an association of capacitors is inaicated in
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fig. 4 or 01 is the fixed capacitor and 0 the variable capacitor, A very interesting refinement to the aioni.satio chamber of the mig.41 consists in introducing between the ionizing source Ra and the collecting electrode B, one or more electrodes of
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ccmtrde (grids) allowing electrical adjustment of the field inside the chamber and of the intensity of the bomber from articulated reaching B.
These control elements or grids can take the
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'01'llQ alanneauxe deflection plates or electronic lenses suitably polarized and placed in the path of the
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particles From the radioactive source Ka.
Such an oiapoeition is used in. the diagram at r16.5 which will be discussed in the remainder of this presentation.
Indeed, as was explained above, by Mite of the unilateral zonctionnemeràt of the cold method tubes, it is impossible to achieve, with a single tube assembly, a detector or a pre-aetector a'incomprehensive fire. by the qualifier integral, we mean a detector operating as well under the influence of combustion products lighter or heavier than air.
A circuit fulfilling the integral detection condition,
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is shown schematically in fig.5 with the use of a 4'ion1nation grid chambers.
In this diagram, two cold cathode triodes, Zl1et'r? 29 are mounted in such a way that they output, in their cathode circuit, in a common relay Rel. shunted by a diode D damping the extra breaking voltages as in the previous diagrams,
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In the starter circuits of each of the c011I1déré tubes, we find the fixed and variable capacitors 01 and 2 'as previously described.
However, the attack on the chokes by the ionization chambers is carried out in a reverse fashion for each of the tubes.
Thus, while TF1 is mounted as in the previous
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circuits, that is to say, that this tube will ignite when the ionization chamber E is influenced by a gas heavier than air, the chamber E ', identical to E, is mounted in the opposite arm at
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potentiometer adjusted by R 'and 8', so that, if a gas lighter than air enters E ', the apparent resistance of this chamber decreases, therefore, the voltage on the starter 8'
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Increase the Bel relay operates,
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ho assembly of this relay in the cathodic oigoui% of the cold cathode kills, generated it sxt preferable To that inique in the preceding schemes at .ia1.,
The Tri tubes and '2 could be usefully replaced by a 1; ube with two starter such as 113 of the 11' "'6 JJa'" àa, the starter has, placed in the immediate vicinity of il 3, d4claxches the ignition of the tune for a signal with negative polarity with respect to aa zip cathode tnnai8 that the starter D2 triggers the ignition of the same tube for a signal with positive polarity with respect to the cathode.
One or more auxiliary anodes such as A2 from the
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tig. 6 can be provided to facilitate ignition and reduce the deionization time.
It is obvious that any electric load suitably adapted, either to the anode circuit, or to the cathode circuit, as shown in fig.5, can be used instead of the relay Rel.
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Fig. 7 shows a particular case of using a resistor Rk common to Tri and T? 20 In this circuit, when one of the tuoes turns on, a voltage appears across the resistor Rk, and a pulse through capacitor C3 connected to a third cold cathode tube TF4.
The starter of this tube is polarized by a divider
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potentiometric formed by resistors a, $ fi and Rot so that a permanent voltage exists on the starter with respect to the earth. Under the influence of the impulse from RK
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and passing through C1, the tube Tl4 supplied by the line PQ ignites and transmits to the capacitor C4 a pulse transmitted in turn to the resistor R9 and the aiode D which, in turn, transmits this pulse to .The line MN.
If we now consider that the starter of TF5,
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polarized identically to that of T? 41 TF5 being contained in zizi, is connected to the resistor 8kl of T? 4, because and last
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iube lights up 11 d. ignites T85 which, in turn,
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provides a pulse to the MN line and so on, the phenomenon will be repeated in a chain and the MN line will receive as many pulses as there are TF tubes successively igniting as a result of the initial agitation of one of those. Such a system therefore makes it possible to obtain as many pulses as there are detectors following an excited device and ae locate, by counting the number of pulses, the device having initially operated,
Returning to the assembly of fig. 5, even using a tube like that shown diagrammatically in fig. 6, this has the drawback of being very expensive from an industrial point of view and the obligation to use two ionization chambers and two resistors R and R 'which cause the parasitic radiation emitted by the detector to be unduly increased.
If we consider that, in the case of smoke-free combustion, there is always the presence of hot air, we can think of filling TF2 and its related elements by a less expensive and simpler thermostatic-thermovelccimetric assembly.
Such an assembly is shown schematically in fig.8.
In this circuit, the potentiometer P1 and resistor R1 supplying the ionization chamber via the protection resistor R, is replaced by the potentiometric chain of fig. 8, R1, Plot R2 belonging to the circuit of fig. 4.
The potentiometric chain of fig. 8 is essentially composed of two fixed resistors R12 and R14 and two potentiometers R10 and R13.
Three resistors with negative thermal constant, R11, R15 and R16, are also used in this circuit, the operation of which is essentially as follows i) momentarily daring R11 non-existent, the potential .bique the ionization chamber E is determined by the voltage existing between the junction of R10 and R12 and the cursor position of R13.
These two points are shunted by the thermistors R15 and R16, If R16 is withdrawn from the action of external thermal variations, and on the contrary, R15 is exposed to these variations, the absolute value of R! 5 will decrease and, consequently , voltage
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at the junction point 0 of R15 and R16 will grow relative to the earth and, being transmitted to the starter of TF via the ionization chamber E, will cause the ignition of the tube,
If R15 and R16 are chosen to be rigorously equal in ohmic value at a determined temperature and it is accepted that the ratio of these absolute values of these resistors remains equal to unity for the very slow variations in temperature affecting them, the variations of R16 will represent the values of the thermal differential of where they are located.
This measurement is therefore a thermal differential measurement or even a velocimetric temperature measurement.
Let us now return to the resistor R11 reintroduced into the circuit. This resistance, decreasing in absolute value with the temperature of the place, by suitably choosing the cursor position of R10. the current in the potentiometric chain, for a well determined value of R11 'can be adjusted so that the Voltage at point 0 reaches the critical ignition value of TF and thus we obtain the thermometric measurement of the place considered .
The circuit of fig.8 therefore performs in the single tube. cold cathode TF, ionic detection of gases, vapors or gas mixtures heavier than air, simultaneously with thermoveocimetric and thermostatic detection of ambient conditions.
@ It will be noted that this device can be supplemented by the identification pulse system produced here by the addition of a TF5 cold cathode tetrode as previously explained.
In certain cases of detection, it is advantageous that, in the case of fires without smoke, the detector system is made very sensitive. In this case, we add between the thermovelocimetric detection elements such as R15 and R16, a transistor
Tr as shown in fig. 9.
The use of a transistor in such a circuit is extremely interesting. Indeed, having a high voltage for the power supply of the whole, this transistor can be loaded by a resistor such as R19 (fig. 9) of value
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very high, and we thus obtain an amplification on voltage of several hundred times.
It is precisely; what it takes to attack the starter
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S of T? via R2 and the ionization chamber.
We thus obtain an extremely sensitive assembly which, in fig. 9, has its output of use between the point U and the
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land, olont-a-direg to the terminal. resistance me which represents the syatéme 'ut111aation can be generally any 4aD, this box
However, such a circuit has only one exit in U and it
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7. sometimes it is important to know if it is the ionic detector or the theoatatic-thoraovéloc1metric circuit which operates.
To obtain this result, we introduce in the assembly
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(see rig, 10) a small cold cathode tetrode 1J! '6 which this attacked by the thermontatic-zhermoyelocimetric transistor and we thus obtain between U1 and the earth an output which will be us voltage when the thermal detector will have operated,
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while on the cold cathode triode Tl? charged danR aa cathode by RK6, one finds during the operation of TF7 a second tension between U2 and the ground.
Having at the time of two lines of information, one can wish, for reasons of identification, a third output in pulse mode or in direct mode, as indicated in fig.8 for the TF5 tube. for this purpose, the starter of a third cathode tube
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troide Tra (see tis ll) is capacitively connected via a capacitor 0 ,, to 1'F and galvanically via resistor 121.
to this same starter pre-polarized by the potentiometric divider formed by resistors R22 and R23,
When either of the detectors operating TF6
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triggering we find in U, an lnclopendent pulse of the type of detector that has operated while between the diode D and the terra, we find a pulse that can be used for
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of 1aent111cat10n as described above.
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VV i / '1 / V .P If the ionic and thermo., Thermometric detection assembly which has just been described above is incontestable * evan- tagea, it may remain inoperative in the case of explosions not followed by 'smoke emission or temperature rise. This is the case, for example, with short-circuit sparks, arcs or
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deflagrations prior to setting up. This is the reason why it is desirable to add to the detectors described above, a system capable of e f @@@
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indication as to the presence of phenomena,. , n8 transients, as noted above.
FIG. 12 represents such a detection circuit. It is essentially composed of an IR photoelectric element chosen for its sensitivity in the infrared, provided with a shock filter and provided with a parabolic reflector for example.
This photosensitive element attacks the base of a transistor TR2 which in turn attacks a cold cathode triode,
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or any other similar multi-wheel element. When the IR cell is excited, it appears at
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terminals ae the load resistor R26 of TR2 a voltage which triggers the operation (The cold cathode triode llt8 bc a current, flowing in Rk8g causes a voltage to appear between Us. and 1 ..: earth a voltage which can be used at all useful ends.
The diagram ue the r16, ij is uelui of a tetravalent detector with identification circuit as explained previously.
We can recognize the ionic detector, whose essential organ is the cold cathode tube TF, the infrared detector and
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its amplifier ut finally $ the thermovelocimetric thermostatic detector whose amplifying element has the transistor Tr4.
The connection between the elements is made by means of
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three cold cathode triodes TFJO T? 2 and ', 83, of the following step t the load resistance Bki of T? is capaoitively coupled 11a. the capacitor Cl to the starter of fIl 'while the output, collector side of'; cl "is galvanically coupled via B to the same starter,
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It results from this coupling that if the ionic elector or the infrared detector is requested, the resistor RK2 of TF1 is energized, Ceoi results in a pulse passing through the capacitor C2 and exciting, in turn, the starter of TF2 , which is galvanically coupled via R17 to the collector of transistor Tr4.
Consequently, if one of the three detectors is Mollicite, we find in RK3 a pulse resulting from this request, whatever the detector having operated.
The pulse appearing in RK3 is transmitted in turn to the cold cathode tube TF3 which is the slimontè identification tube separately, as shown in the diagram by the source Bi.
The TF3 collector is further returned to a poten divider. tiometric formed by resistors R20 and R22 in such a way that if a voltage appears across resistor R24, TF3 also lights up.
This last tube is the identification tube, the operation of which has been described above in this memorandum. It is obvious that one can glimpse among the diagrams shown above, all the combinations which one wishes. That the ionization chambers can be of a simple model as shown in fig. 1 and 2, or of a model as shown in fig. 3 with or without a complementary electrode. although the attached diagrams only show NPN transistors, it is obvious that any other type of transistor or generally any amplifying semiconductor element, including parametric amplifiers, can be used.
Finally, the infrared detector can be chosen, a @@ high vacuum photoelectric elements, solid state barrier layer, photoemissive or photo-conductive elements, as far as they can. be correctly adapted to the circuit.
In addition, the connections between circuits, given in the description of this memory as being made via cold cathode tubes, can be established by any other known mixing process such as double starter cold cathode tubes,
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simple or mixing diodes, transistors, solid state thyratrons, thyristors, electron tubes, etc ... etc ..,
Having set out the fundamental principles underlying the present invention and the conditions under which it can be reproduced, we express the following claims:
CLAIMS ------------------------------ I) Analyzer for gases heavier than air, vapors or smoke as shown schematically in fig .4 appended to this memorandum, characterized by the addition to the known device of fig. 1 of a variable resistor constituted by a radioactive charge that could be moved in relation to a fixed electrode so as to achieve the optimum electric charge. of the ionization chamber, in combination with a potentiometric assembly for adjusting the sensitivity or the operating threshold of the assembly and a serial grouping of two capacitors, one of which, of fixed capacity is with high insulation, the other being able to be adjusted by such that the analyzer response time constant,
can also be used as a fire detector or pre-detector, can be adjusted within very wide limits.
2) As in the first step above, the ionization chamber being constructed in such a way that its geometry is made double variable by sliding a cylinder on two or more feet, in a ring; the radioactive charge itself being able to be displaced axially with respect to the sliding cylinder by longitudinal displacement of a bridge supporting a radioactive source capable of sliding Melon two diametrically opposed genera- tions of the cylinder such that the wall (cylinder) of the ionization chamber and the exciting radioactive charge can be separately approached or separated from a spherical collecting electrode as indicated in fig. 3,
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3)
As in the second above, accelerating electrodes (grilled), electronic lenses or deflection plates which can be placed between the radioactive source and the collecting electrode so as to modify the distribution of the electric field to the care of the chamber of ionization.
4) Combination of two detector assemblies produced in such a way that one of the ettluve tubes (cold cathode triode) is made operative due to the presence of gases, vapors or fumes, heavier than air, as claimed at first above while the other is made operative for gases more will damage than air by reversing the electrical position of the ionization chamber of the second tube with respect to the first as indicated in fig.5.
5) As in the quarto above, the cathode tubes. cold boxes and all their functional accessories being brought together in an ad hoc box.
6) As in the quarto above, but the two tubes used being united in a single unit with two starter as indicated in fig. 6.
7) Addition to the detector elements included in the claims above and those expressed below, of a complementary cold cathode tube supplying an electric pulse to a line when one of the detectors has operated,
8) As in 7 above, the complementary cold cathode tube can be replaced by any other generally any system capable of supplying the same electrical impulse to the same line. By way of example and without limitation, we can cite relays of all types, heated cathode or solid state thyratrons, thermionic tubes, transistors, control electrode rectifiers, etc ... etc ...
9) Combination of any one of the ionic detectors as mentioned above with a potentiometric assembly of two identical resistors with a temperature coefficient such that, coupled to a transistor, they determine, through the ionization chamber, the operation of the cold cathode tube, connected to it.
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One of the resistors being subjected to rapid variations of the ambient temperature, the other being subtracted from these same variations, the assembly realizes the combination of the ionic and thermovelcimetric detection simultaneously, as indicated in fig. 9, 10) As in 9 above, the transistor driving a tube
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with separate cold cathode to obtain zaza ¯, areo8 of deteetion # one ionic, the other th VV \ Lmotr1qu ..
11) As in 10 'above, a complementary cold cathode tube receiving the signals from the two detection channels and transmitting them, after mixing, as indicated in fig. 11, to an identification line, we form pulses 12) Combination of an infrared radiation detector with a transistor driving a cold cathode tube in such a way that when the infra-red deector is requested, the cold cathode tube operates after amplification by the transistor as shown in fig.12.
13) Combination of detection circuits included in the above claims such that the presence of fumes, gases or vapors, accompanied by temperature rise or (the emission of infrared radiation, is detected and : transmitted to a signaling station as shown in fig. 13.
14) As indicated in 13 above, the interconnection or mixing or transmission elements can be, in addition to cold cathode tubes, electron tubes, transistors, solid state thyratrons or any other system. capable of performing functions similar to those shown in the diagram in fig. 13.