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"BBTECTEUB8 Dl INOMIDIS ET INSTALLATION ISS COMPRENANT"
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La tendance qui s'est affermie, au cours de ces dernières années, de construire de plus en pins d'imaeubles à habitations multiples s'étageant en hauteur, a amené Ion rachitectes et les entrepreneurs à considerer t sér @@ent les problèmes que posaient les risquée d'incent burvenant dans ces complexes à torte densité de population et à envisager les mesures à prendre tant pour en prévenir que déceler et combattre les foyers éventuels.
Lo but du présent mémoire est de décrire un appareillage de aétection d'incendie dans lequel n'intervient aucun tube à vide ou élément chauffé, relevant uniquement de la technique d'état solide, caractérisé par sa polyvalence, sa durée pratiquement infinie et un nombre considérable d'avantages sur les appareils existants.
DETECTEURS IONIQUES
L'opération de ces détecteurs est basée sur la varia- %ion de résistance électrique d'une atmosphère gâteuse emprise entre deux électrodes électriquement polarisées et soumises à l'action d'un agent ionisant tel que la particule alpha du radium, par exemple.
La figure 1 illustre le comportement électrique d'un circuit simple de détection ionique.
Une source d'énergie électrique 8 débite dans une résistance R de très forte valeur, comprise généralement entre 1010 et 1014 ohms en série avec l'électrode centrale Ec d'une enceinte E ouverte et contenant, a sa partie inférieure, une préparation radioactive A émettrice de particules alpha (radium, polonium, américium, etc...).
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L1e.uoe1Ate 3 étant retournée * la source Se un courant s'établit au travers de R, Se et 3 et ai l'on connecte entre D et C un indicateur électrique rez très haute résistance interne (1012 1 105 otxms), un électromètre par exemple, on constate que la différence de potentiel entre ces deux points croit lorsque l'on introduit dans l'enceinte 0 un gaz plus lourd que l'air et
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d6croit lorsque l'on introduit un gaz plus léger que l'air dan. cette même enceinte. bans la pratique courante, les variations de tension
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disponibles entre 0 et D sont appliquées à l'entrée d'un système amplificateur en vue d'actionner des relais ou autres dispositifs
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alarme.
À la lueur des récents développements en physique dbêtat solide, il est possible d'envisager un montage 8lIpl1t1- 'Íï9ur d'une très grande simplicité de fonctionnement.
9dàd0IRi DESCRIPTIF Le fonctionnement au montage proposé repose sur le faib que dans une diode somîconduecricej l'épaisseur de la sous de déplétion séparant les porteurs de charge, varie comme la tension appliquée dans le sens inverse ae la conduction de la diode.
Il en résulte donc que l'on dispose ainsi d'un condensateur dont la capacité est fonction de la tension qui lui eat appliquée. uomme le diélectrique de ce condensateur est constitué par un monocristal polarisé en sens inverse de sa conduction, pour autant qu'un très grand soin et certaines précautions iques soient prises, la résistance ohmique propre à
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t9 toct diode peut être très élevée, ne Il ordre de 10 10 à 10 jA ohms par exemple.
Dès lors, on peut concevoir un circuit comme .chemat1.. à .La figure 2, dans lequel sont repris tous les éléments du montage de la figure 1 associés, via une résistance R1, de
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quelques négonma, jouant le raie d'arrêt ae haute fréquence,
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une diode à capacité variable Cp 9 un condensateur a tres tort isolement C1, une inductance L1, associés de telle façon que la fréquence de résonance de l'ensemble est définie, au départ de la formule de THOMSON, par la relation :
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Dès lors, si Cp vient à varier, f variera de même et si les variations de ! sont comparées en permanence à un quartz ou un discriminateur de fréquence, il en résultera un courant qui sera de sens et d'amplitude qui seront en fonction du sens et de l'amplitude de la variation de capacité de Op, qui ôtant elle-même fonction de la polarité et de l'amplitude de la tension qui lui est appliquée, fournit une reproduction des variations de la tension aux bornes d'entrée C, D. Celles-ci sont reliées à une enceinte E, qui est en fait une chambre d'ionisation aux bornes de laquelle, ainsi que vu plus haut, ou aux bornes de la résistance R, existe une différence de potentiel essentiellement dépendante de l'atmosphère gazeuse comprise entre Ec, l'électrode centrale et Ex, la paroi extérieure de E.
Pour illustrer le fonctionnement du circuit de la figure 2, on relèvera aux différentes fréquences, voisines de la résonance, le comportement électrique du circuit oscillant constitué par Cp, Ci et L1, lorsqu'un générateur à fréquence progressivement ajustable débite dans L2, inductivement couplée à L1.
Si, au moyen d'un appareil à très faible amortissement, un voltmètre électronique par exemple, on relève la tension apparente entre H et F, on obtient une courbe présentant l'aspect de la figure 3 qui est la courbe de résonance du circuit considère,
Lorsque l'impédance capacitive du circuit est égale à l'impédance inductive de celui-ci, on obtient un maximum de tension induite entre H et G, lequel maximum est d'autant plus prononcé que le rapport
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est élevé, o',.t-"-4iH que le dénominateur R de cette expres- 810& qui représente l'ensemble ète portes à la fréquence de r6noaanee, est plua petit pour une pulsation wh donnée.
81 maintenant, toutes autres conditions Pb1a1qu.. demeurant constantes, ça mparvi% à 4p une variation 63p posi- %ivo ou négatives il en résultera# autour cur la xrlquence de rbaonance, un désaccord Lr négatif ou positif selon que &0p ont pouitîf ou négatif En co.n.6qulnol, la tension initiait ¯trI 1 et Y corral pondant à la fréquence do résonances sera otfftottw d'une varie- 'ion telle que ni .lf3p est positif, Ar .er8 Aésat1t, *% 1aTer- .0.8.ut, ai <HO.. wet màsatjxt à± aara positif" Si, Maintenant, la 1'r'queAoe du resonance 20 corresponde une pression atmosphérique bien u'tl1'81a'I, .
Un né1on6o 6aaus, de 11 air par exemple$ compris entre go et lx et que Itoz introduit dane l'enceinte E un mélange gazeux de mène composition chimique ou tout autre mélange gaaeuz plue léger que ltaîrg la fréquence de résonance de l'ensemble Cp, Ci et Li sera altérée dans un sens tel que le tension à tes bornée diainuera.
Il en sera de même si l'on introuuit en 3 un mélange gazeux plus lourd que l'air, la variation de fréquence 'tot toutefois en cons opposé de celle obaervée en intruetusant un mélange gazeux plus léger que l'air, main la variation de courant obtunue entre E et G ne traduit toujours par une diminution cL tension entre H et 79 c'eet-1-dire aux bornes du circuit oacillant Cpt i et iii.
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Si, maintenant, après amplification préalable, on s'arrange de façon telle qu'un relais opère pour une variation
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de tension située aux niveaux Identiques y et V de la figure 3 et pour autant que le circuit oscillant Cpt 01 et fi soit inti-
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tialement réglé à la résonance, due les conditions stipulées
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ci-deseua, ai les variations Imparties à 0p sont d'amplitude
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telle que les variations de tension hors résonance atteignent
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au minimum lea niveaux Y et l, le relais dont question plus
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haut opérera indépendamment du sens ou de la polarité de la tenais
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appliquée au condensateur à capacité variable en fonction de la
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tension.
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les cas de la résonance examiné ci-dessus a eté choisi pour illustrer le fonctionnement optimum du circuit, il n'est toutefois pas nécessaire que celui-ci soit initialement réglé sur fo si l'on veut favoriser l'un ou l'autre mode de fonctionnement.
Ainsi, si l'on règle initialement l'ensenble Cp, C1 et L1 en un point tel que M de la figure 3, si un gas plus que l'air est introduit en E. la variation de et A V provoquant l'opération du relaie $ aéra beaucets plus petite que celle de Z à V et la sensibilité du système en aéra accrue pour la détection des gaz plue légers que l'air au détriment des Ces plus lourde.
En fait, on peut envisager un nombre infini de réglage$ de l'ensemble Cp, Ci et L1 répondant à de,% considérations d'uti- lisations particulières.
On-peut fixer le point d'opération du circuit en rendant L1 et Ci ajustables comme indiqué à la figure 4 (où le condensateur C1 de la figure 2 est noté C1).
Une modification de la sensibilité du système peut également être obtenue dans un tel détecteur en agissant sur la valeur de la tension d'alimentation de R et de la chambre d'ioni- sation ou en introduisant dans l'enceinte de celle-ci une troi- sième, ou éventuellement plusieurs électrodes destinées à modi- fier la répartition du champ à l'intérieur de l'enceinte de la chambre d'ionisation.
La ou les électrodes secondaires introduites dans l'enceinte de la chambre peuvent également jouer le rôle de lentille électronique, de déflecteurs comme dans le caa du tube' rayons cathodiques ou de grille de commande, d'accélé ration ou de mélange comme dans le cas du tube électronique triode ou multigrille.
L'utilisation d'électrodes secondaires est surtout justifiée dans les chambres à faible volume et ces mêmes élec- trodes peuvent dans ce cas être portées à des potentiels positifs ou négatifs plus élevés, égaux ou plus bas que l'électrode collectrice telle que Ec aux figures 1, 2 et 4.
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cette dernière tigure permet d'illustrer l'ensemble du fonciancaent d'un détecteur de gaz, vapeurs ou fumées, qui peut également être utilisé en pré-détection d'incendie.
Un oscillateur à transistor T piloté par un quartz et alimenté par une source S1, couplé par un condensateur C alimente le circuit oscillant Cp, C1 et L1 en courant dont la fréquence est essentiellement fixée par le quartz Q.
L'amplitude de l'oscillation est maintenue constante par une stabilisation très poussée de S1, le choix du point de fonctionnement de T et une stabilisation thermique définie par la thermistance R5 en série avec la résistance R4.
Il est bien entendu que tout autre oscillateur, soit transisterisé, à tubes électroniques ou généralement quelconque ; peut être utilisé en lieu et place de T qui est ici donné à titre purement oxemplatif.
Une prise P sur L1 permet une adaptation électrique précis de l'impédance de sortie de T à L1 C1 et Cp,
La chambre d'ionisation E dessinée ici à trois électrodes attaque 0 via R1.
Les variations de tension aux bornes de 3 appliquées vis R1 aux bornes de Op provoquant les variations de capacité de ce condensateur,,
Il en résulte que la fréquence d'accord de Cp, C1 et L varie par rapport à la fréquence fixe de l'oscillateur et, dès lors, il apparaît aux bornes de ce circuit des variations de tension amplifiées aux bornes de L1, qui son% transmises à L2 couplée inductivement à L1.
Ces variations de tension sont amplifiées par un/amplificater et démodulées éventuellement par un démodulateurss hél dans la charge V qui peut être un relais électro- maghétique, un relais d'état solide, un thyratron, un système d'enregistrement électrique, optique ou acoustique ou tout autre système d'information ou d'alarme.
Parmi ces systèmes. on peut signaler, entre autres, les connexions sans ou par fil (émetteurs radio par exemple) générateurs d'impulsions infra-rouge ou boucle* magnétiques.
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Il y a lieu également de noter que la résistance R, présente dans les schémas des figures 1, 2 et 4, n'est pas nécessairement une résistance physique bobinée ou à couche de carbone, elle peut être représentée par une deuxième chambre d'ionisation, l'espace ajustable entre deux électrodes soumises ; à l'irradiation d'une seconde source radioactive, un barreau de matériel diélectrique de haute stabilité, etc...
Il est mène possible, comme à la figure 5, de suppri- mer R. Dans ce cas, la source S alimentant la chambre d'ionisation, est montée en série avec celle-ci et c'est aux bornes de la très haute résistance propre à Cp que se développe la tension résul- tant du passage du courant de la chambre d'ionisation N au traters de Cp qui agit alors simultanément comme résistance de charge de
E et comme élément à capacité variable dans le circuit Cp, C1 et
L1.
Comme préalablement exposé, tous les réglages de fonction- nement, soit à la résonance, soit en-deçà ou au-delà de celle-ci, restent possibles et la source 81 peut également être utilisée à 1 alimentation électrique des autres constituants du détecteur.
Cependant, un tel détecteur est incomplet de par sa nature même et il est sujet à donner aes alarmes intempestives.
En effet, vu sous l'angle de la détection d'incendie, il n'opère que pour un seul critère spécifique à ce phénomène, c'est-à-dire la présence de gaz de combustion ou de distillation, de vapeurs ou d'aérosols.
Cependant, de tels gaz peuvent être présents dans l'atmosphere sans pour cela qu'il existe un foyer d'incendie, c'est le cas par exemple d'usines dégageant des émanations gazeuses, certains laboratoires, les fumées de moteurs à explo- sion, etc.,. etc...
Pour qu'une détection d'incendie soit certaine, il faut donc ajouter au détecteur ionique d'autres circuits de détection, d'autres critères spécifiques à un foyer de combus- tion spontanée.
Lus principaux critères envisageables sont la présence de rayonnement infra-rouge, la vitesse d'élévation de la tempé- rature (mesure du graaient thermique ou thermovélocimetrique)
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et enfin, la mesure thermcmétrique,
La combinaison d'une dévotion ionique avec un système capable de révéler l'apparition soudaine d'un des Critères repris et-dessus$ permet de certifier à coup sûr l'existence d'un foyer d'incendie.
Quoiqu'il soit possible de détecter des variations thermovélocimétriques anormales, des élévations de températures dangereuses ou la présence impromptue de rayonnement infra-rouge par des procédés très divers, la figure 6 donne un schéma d'un montage pouvant être facilement associé 4 un détecteur ionique, de façon telle que la combinaison d'au moins deux détections simultanées de paramètres spécifiques à un début d'incendie, puisse assurer l'existence certaine d'une combustion indésirable avec un minimum de risques d'alarmes intempestives.
Dans ce schéma$ T1 et T2 sont deux transistors associés en tandem, de façon à former un amplificateur à deux étages à liaison directe.
T2 est le transistor de sortie chargé dans son collecteur par un relais électromagnétique L, et stabilisé en température par R2 en série avec la thermistance il,144
T2 est connecté directement à T1 chargé par R1 dont la valeur est choisie de façon telle que, en l'absence de signal sur la base de T1, le courant de collecteur de T2 soit pratiquement nul et tout au plus de quelques microampères.
La base de T1 est polarisée via le potentiomètre P'1 relié directement à son collecteur introduisant, ainai, une contre- réaction visant à la stabilisation thermique de T1.
Cette même base est connectée à deux thermistances identiques Th et Th3 montées en potentiomètre par rapport à l'électrode de commande de T1.
Mais, tandis que Th2 est montée dans l'enceinte même du détecteur et soustrait aux variations brusques de la tempé- rature ambiante, Th3 est, au contraire, monté extérieurement à cette enceinte de façon à être soumise à toutes les variations thermiques do l'ambiance.
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Si donc une température constante à variations lente$ règne autour du détecteur, le potentiel de base de T1 ne variera pratiquement pas puisque les deux thermistances varient simul- tanément on valeur absolue.
Mais si une variation thermique soudaine affecte Th3, la valeur résistive de cette thermistance décroît, la base de T1 devient plus positive, le courant de collecteur en R1 diminue tandis que le courant de collecteur en T2 cr lt et ls L3 se ferme,
L'opération de L3 st donc liée à ;e différentielle thermique au lieu où le détecteur est placé.
P1 eat un élément photosensible à l'infrs-rouge, soit une cellule photoconductive responsive à l'infra-roue' ou un transistor à oase ouverte muni d'un filtre optique.
Si, a un certain moment, une radiation de longueur d'onde appropriée frappe P1, la résistance électrique do cet élément diminue, le potentiel au point A décroît et, partant, le potentiel de base de T1, et le relais L, est encore sollicité,
On obtient ainsi la détection do toute source de rayon- nement infra-rouge pouvant se manifester aux environs du détecteur,
Finalement, en série avec P1, se trouve une deraière thermistance Th1 shuntée par une résistance variable R1.
Uette thermistance également montée extérieurement A l'enceinte contenant les circuits de détection, est choisie de façon telle que ses variations propres fluctuent avec la topérature du milieu.
Lorsque par pré-réglage de Rv1. Th1 diminue en valeur absolue d'une quantité pré-assignée pour une température Maximale donnée, par l'ajustage de cette résistance, tout comme pour P1, le potentiel au point A diminue suffisamment pour provoquer le fonctionnement de L3.
On se trouve donc en présence d'un détecteur à trois valences, fonctionnant par thermovélcimétriee, détection d'infra-rouge et thermométrie.
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En associant un tel détecteur à un circuit de détection iondique eomme décrit au début du présent mémoire, on ajoute donc une quatrième valence et l'on obtient un détecteur tétravalent capable d'opérer en détection d'incendie sur les critères ionique, tehrmovélocimétrique, thermométrique et infra-rouge.
- REVENDICATIONS - 1,- Détecteur de gaz, vapeurs, aérosols ou fumées, pouvant être utilisé comme détecteur ou pré-détecteur d'incendie, carac- tériaé en ce qu'il comprend en combinaison une chambre d'ioni- sation dont l'intérieur est accessible à l'atmosphère, et une diode à capacité variable en fonction de la tension, présen. tant une résistance très élevée en conduction inverse, et dont la tension de commande appliquée à ses bornes varie en fonction de la tension recueillie aux bornes de la chambre d'ionisation, et un appareil indicateur sensible aux varia- tions de capacité de la diode.