Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
Détecteur de niveau d'ionisa _on d'un milieu ~azeux
contrô _ par arc électrique
L'i.nvention se rapporte à un détecteur de niveau d'ionisa-
tion contrôle par arc électrique.
L'utilisation de détecteurs ioniques d'incendie est déjà
très répandue en raison de la très grande rapidité de reponse
de ces ap~arei.ls et de lellr faible sensibilite cl l'action no-
cive des gaz.
Cependant les détecteurs ioniques déjà connus étant consti-
tués essentiellement par deux chambres, l'une ouverte afin
d'être en contact avec le milieu que l'on surveille l'autre
pratiquement close, comportant une très légère fuite, et
recevant toutes deux le rayonnement d'un échantillon radioac-
tif il est clair que leur emploi est dans certains cas peu
recommandable.
L'échantillon ionisant l'air ou le milieu contenu dans les
deux chambres, on constate normalement que les conducti~ités
entre les électrodes de mesure sont identiques dans les deux
chambres. Cependant dès que le milieu ambiant dans lequel se
trouve le détecteur pénétrant dans la chambre ouverte subit
des variations d'ionisation ou de conductivité comme par
exemple lors de l'apparition d'un feu, des collisions se pro-
duisent entre particules et ions présents dans cette chambre
entralnant ainsi une forte diminution de la conductivité
alors que la conductivité dans la chambre fermée reste
L3~
pratiquement inchangee pendant une assez longue période. La
détection extremement rapide de cette di~férence de conducti-
vité ~ermet de détecter l'apparition d'autres sources de pollu-
tion.
L'inconvénient de tels appareils dans certaines industries
comme l'industrie a~ricole est éviden,t puisque leur utilisation
permettrait à des particules radioactives de contaminer des
produits alimentaires ce qui entraînerait de graves dangers
10 pour les consommateurs. En outre quels que soient les domaines
d'utilisation de ces appareils il est indispensable de pouvoir
les récupérer après un incendie ce qui n'est pas toujours possi-
ble de sorte que la matiere radioactive risque de contaminer le
système de distribution de l'eau d'alimentation par les eaux
15 de ruisselement ayant été en contact avec les appareils non
recu~érés.
L'objet de l'inventio~ est un ~etecteur ~e niveau d'iol~isation
caracterisé en ce l'ionisation du mil;eu que l'on surveille
20 est ~rovoquee par un arc électr;que entre une première paire
d'électro~es, la conductivité du milieu entre deux électrodes
de mesure contiolant au moins un circuit de réaction in~icateur
du taux de décroissance des ions, fonction des variations du
nombre de particules du milieu ambiant et de leur mobilité.
On évite de la sorte l'utilisation de matières radioactives,
les deux chambres distinctes destinées à comparer les conducti-
vités de deux milieux momentanément distincts étant remplacées
par une simple chambre.
Une autre caractéristique de l'invention est de compenser la
disparition rapide des ions résultant de leur impact sur les
particules du milieu pénetrant dans la chambre de mesure de la
conductivité au mo~en d'un circuit de réaction contrôlant le
35 déclenchement d'un arc électrique,de très courte durée.
~'avantage de cette méthode est non seulement la répétition
des mesures par ~ormation d'ions mais encore la comparaison des
résultats entre deux reamorc,ages de l'arc en vue de discriminer
éventuellement ].es types d'ions formés en fonction de leur
mobilite. On peut ainsi. sui.vre l'évolution d'un certain phé-
nomène par exemple ~hase d'émission de particules lourdes ou
légères au cours d'ull ;,ncendie. En outre l.a création disconti-
5 nue d'arc provoquan~ l'ionisation a pour conséquence de réduirede façon considérable la consommation d'énergie nécessaire au
fonctionnement de l'a~pareil.
Une autre caractéristique du détecteur est l'inclusion d'un
lO circuit de comparaison des résultats de deux mesures successi
ves de la conductivité. Ce circuit pouvant comporter de simples
~, éléments analogi~,ues et le dispositi~E d~e~ commande de l'arc pouvant
fournir des tensions de l'ordre de ~ à 12.000 V très courte
durée de l'ordre de lO0 à 50~ nanosec., le courant étant de
15 l'ordre de l microampere, on parvient ainsi à utiliser des puis-
sances extrêmement faibles de l'ordre de 16 picowatt pour assu-
rcr ~ tioll d~ la chalnl~re de mecllrt~ la consomm.ltio~l tota-
le des composants des autres circuits etant limitée a 20 micro-
watt par exemple.
l)
D'a~tres caracteristiques et avanta(1es d l'invention apparal-
tront au cours de la description suivante faite en référence
aux dessins et qui représentent à titre d'exemple, non limitatifs
un mode de réalisation de la présente invention et des varian-
25 tes de la commande de signalisation des mesures.
La figure l est une représentation schématique de l'appareilet de ses circuits.
30 La figure 2 le diagramme représentant les tensions de controle
du transistor commandant le déclenchement de l'arc électrique.
La figure 3 un exemple de succession des tensions de commande
de l'arc et de la variation de la conductivité entre électro-
35 des de mesure.
La figure 4 le schéma d'un circuit de si.gnalisation de la détec-
tion d'une chute de conductivité,
I.a figure 5 une variante du dispositir de la figure 4,
La figure 6 le schéma des tensions du dispositif de commande
de déclenchement de l'arc électrique,
La figure 7 une variante du dispositif de la figure 5~ et
La figure 8 un exemple des tensions des commandes du dispositif
de signalisation représenté à la figure 7.
1 0
Le détecteur schématisé figure 1 comprend essentiellement une
chambre unique 4 dont l'ouverture est recouverte par une fine
grille de protection 5 mise à la masse. La grille permet notam-
ment la suppression d'émissions radioélectriques parasites. Les
15 electrodes El et E2 servant à la production d'arcs intermittents
ainsi que les électrodes E3 et E4 de mesure de la conductivité
~lu mil-ieu sont alimentcs en tellsio~ les ellrolllemcllts 7 d'u
transformateur dont l'enroulement primaire 8 est contrôlé par
la porte 9 du ~ansiStOr Zl Cette porte est connectée par le
2n Cil`CLlit 1O au ircuit ~e mesure ~e cond-lctivitc de l'espace
~ompris entre Ics électrodes E3 et -k`~.
L'alimentation de l'enroulemellt primaire 8 s'effectue au moyen
de terminaux l et 2 connectés aux bornes de tout dispositif
25 d'alimentation fournissant respectivement une tension positive
au terminal l par exemple de l6V et une tension négative au
terminal 2 de -6V. La tension de référence au terminal 3 peut
être de +6V. En absence de conduction de Z1 le condensateur
Cl connecté à la masse et au terminal 1 par la résistance R1 se
30 charge. Lorsque la tension de l'anode 11 crolt et dépasse celle
de la porte 9 le condensateur Cl se décharge par Zl à travers
l'enroulement primaire 8 du transformateur. La décharge se pro-
duisant en un temps extremement court une différence importante
de potentiel se produit aux bornes de l'enroulement secondaire
35 7 connectées aux électrodes El et E2 provoquant ainsi un arc
électrique entre ces électrodes. L'accroissement de l'ionisa-
tion du milieu contenu dans la chambre 4 accroît la conductivi-
te entre les électrodes E3 et E4 entralnant l'accroissement
de la tension de la porte g. Le condensateur C1 venant de se
décharger on voit que le dépassemerlt de la tension de l'anode
11 par la tension de la porte 9 se produit en un temps très
court, la décharge du condensateur entraînant la coupure immé-
diate par Z1 de l'alimen~a~ion de l'enroulement 8.
On voit que dès que la chambre 4 est ionisée, le condensateur
C2 se charge à une certaine valeur et que le moment où la ten-
sion de la porte 9 dépàsse celle de l'anode est fonction de la
conductivité de l'espace situé entre les électrodes E3 et ~4
10 ainsi que des valeurs des résistances R2 et R3. Il en résulte
que si au cours du temps, la conductivité varie entre E3 et E4
en raison d'une disparition rapide des ions due à la venue dans
la chambre 4 de particules émises par exemple au cours d'un
incendie, la fré~uence d'amor~cage de l'arc entre E1 et E2 croltO
15 On obtient ai,nsi un moyen commode de détecter la pollution du
milieu environnant la chambre 4.
I,a figure 2 montre en V9 la courbe de décroissance de la ten-
sion de la porte 9 entraînant ].a conduct-ion brusque de Z1, lors-
20 que la tCll~iOII d'allocle representée en ~11 dépasse la vale~llr Vde la tension V!3 de 1.a porte 9, La ten~ion V12 de la cathocle
12, croît al~is brusquement à l'instant t1 puis décroît jusqu'à
l'instant t2. Le condensateur C1 se charge à nouveau et le
cycle recommence.
On a représenté à la figure 3 une succession d'impulsions de
commande de l'arc électrique provoquant l'ionisation de la
chambre 4 ainsi que la courbe de conductivité 13 en fonction
du temps au cours de la détection d'une certaine pollution que
30 l'on détecte encore par la fréquence des impulsions V12 de
commande de l'arc entre les électrodes E1 et E2. Un signal
d'alarme de tout type peut être déclenché par le dispositif
30 représenté figure 4. Celui-ci peut comporter par exemple un
circuit de detecti.on d'impulsion manquante de type connu commer-
35 cialisé par exemple sous la référence "Philips 555" et qu'ilsuffit de raccorder aux éléments représentés au schéma de la
figure 1 en connectant l'entrée 25 du circuit de détection au
terminal 3 du circuit de la figure 1. La sortie 24 du disposi-
tif de détect:ion 30 est connectée à tout dispositif d'alarme
~ :P~ $f~
désiré 31 de sorte que, lorsque les impulsions sont espacées
comme sur la figure 3, avant accroissement de la conductivité ,
le circuit 30 donne une reponse normale entre A et B. Par con-
tre, entre les points B et C l'accroissement de la fréquence
5 des impulsions V12 entraîne un signal de sortie en 24 du dispo-
sitif de détection 30. La connexion 32 au di.spositif d'alarme
31 déclenche ainsi tout dispositif. Le signal de déclenchement
en 24 ne disparalt qu'au retour de la fréquence primitive en C.
10 Une variante du circuit de commande de la signalisation a été
représentée figure 5. Dans cette variante, le point de jonction
14 des résistances R2 et R3 est relié d'une part directement à
l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel 15, d'autre
part à l'entrée positive de l'amplificateur 15 par l'intermé-
15 diaire du ci.rcuit constitué de la diode D2 et de la l;.gne deretard composée de la résistance R4 et du condensateur C3. On
a le~ osenté ~1 la fi~lre 6 1~l courl-e 16 de decrolss..ll1c( ~le la
conductivité dans le milieu normal q~e le détecteur ionique sur-
veille et en 17 la courbe de la chute de tension a l'entrée du
0 circuit R4, C3 en foliction du teops ce circl~it étant préalal)le-
ment re~1e pour qu'à tout instant la valeur de la tension re-
presentee par la courbe 17 soit inféri.eure à celle représentée
par la courbe 16. La tension représentée par la courbe 17 sert
de seuil de référence et permet que dès que des particules pénè-
25 trent dans la chambre 4 et entra]nent la diminution du nombredes ions dans l'espace E3, E4 de commander l'amplificateur opé-
rationnel 15, la courbe de la ~ension V10 du point de jonction
14 décroissant plus vite que celle du circuit R4-C3. La tension
de sortie VO de l'amplificateur 15 peut être utilisée pOUT com-
30 mander tout circuit d'alarme, tel que 31 par exemple.
Ce circuit de commande de signalisa~ion très simple a l'avanta~ge d'être tres sensible et convient particul.ièrement à la sur-
veillance de milieux où l'humidité et la température sont rela-
35 tivement constantes.
Lorsque le milieu à surveiller est susceptible de presenter desvariations d'humidité et de température affectant la mohilité
des ions ainsi que la rapi.dité de leur disparition, le dispositif
7~
de commande de signalisation peut etre remplacé par le dispo-
siti~ représenté fi.gure 7 permettant de comparer la tension V10
prise au point de jonction 14 après une période prédéterminée
T1 suivant la commande de l'arc entralnant l'ionisatiol17 avec
5 la valeur précédente de cette tension V10 préalablement enregis-
tree.
A cet effet, la tensi.on Vl a~ représentative de la conduction
entre les électrodes E3 et E4, est injectée dans l'amplificateur
10 opérationnel 18 servant de transformateur dlimpédance, de sorte
que la même source de tension V10 est appliquée à la borne 27
d'un transistor 26 du type MOS dont le drain est connecte en 28
à l'entrée négative de l'amplificateur 20 et à la résistance
R5.
I,a porte 29 commandant la conduction du transistor MOS 26 ser-
~ant (l'-interrupteur est reliee par 32 c1l~ circuit de tempo1isa-
tion 23. Ce circuit entralne un retard de -transmission T2 figu-
re 8 du signal transmis par le circuit différentiel C7, R7.Ce
2~ sion~ rovient- (1e 1'amplifieateur 19 par 1'intermédiaire du
ircui~ C6, R6 et du ~ircuit de temporjsatioll 22 qui introdu;t
le retarc1 T1, représenté figure 8.
Dès que la tension V10 est supérieure à une valeur de référence
25 appIiquee à l'entrée 21 de l'a1npli.ficateur 19, celui-ci trans-
met une impulsion négative au circuit 22 par le circuit diffé-
rentiel C6R6. Cette impulsion est retardée à son tour du temps
T2 ~
30 Il en résulte que lorsque la tension V10 est appliquée par l'in-
terrupteur MOS 26 à la borne 28 et au circuit R5, C5 que si la
tension du condensateur C5, représentant l'ancienne valeur de
V10, cas des valeurs B et C figure 8, est inférieure à la nou-
velle valeur de V10, la sortie 33 de l'amplificateur 20 reste à
35 la valeur 0.
Par contre, lorsque l'ancienne valeur de V10 représentée par
celle de C5 est supérieure à la nouvelle, cas des valeurs B et
A, figure 8, la nouvelle valeur est enregistrée par C5 et la
~ 7~7~:
sortie 33 de 17amplificateur 20 -fournit un signal transmis
tout dispositif d'alarme tel ~ue 31.
Il est ainsi possible d'analvser avec précision aussi bien les
5 variations globales de diminution de la conductivi~é du milieu
que les variations entralnées par les mobilités diffërentes des
ions.
