Brevet additionnel subordonné au brevet principal NO 371021 Installation de détection thermique La revendication I du brevet principal N 371021 définit une installation de détection thermique, carac térisée en ce qu'elle comprend un détecteur com portant une enceinte de forme générale tubulaire contenant une substance capable de libérer ou d'absorber un gaz par suite de changements de tem pérature, disposée approximativement sur toute la longueur de l'enceinte, et présentant un passage continu pour le gaz sur cette longueur, ladite subs tance étant un hydrure métallique, un hydrure ou un borohydrure de métal alcalin ou alcalinoterreux,
un oxyde de mercure, d'argent, de palladium ou d'alliages ou d'amalgames de ces métaux, ou un agent de soufflage.
La présente invention a pour but de fournir une telle installation dans laquelle le détecteur est sensi ble à la pression du gaz libéré par ladite substance.
L'installation faisant l'objet de l'invention, selon la revendication I du brevet principal, est caractéri sée en ce que le détecteur comprend une enveloppe, un disque métallique comportant une aire flexible, disposé dans l'enveloppe et la divisant en une pre mière et une deuxième chambre, et une électrode supportée par l'enveloppe dans la seconde chambre, isolée électriquement de l'enveloppe, directement opposée à l'aire flexible et comportant un bout métal lique imprégné d'hydrogène constituant un hydrure métallique dont l'hydrogène peut être chassé par chauffage, le tout étant agencé- de manière qu'une augmentation de pression dans la première chambre plaque l'aire flexible contre le bout de l'électrode et qu'un arc s'établisse entre ce dernier et l'aire flexible quand celle-ci commence à quitter ledit bout,
l'arc chauffant ce bout pour en chasser l'hydrogène afin d'augmenter la pression dans la seconde chambre et de faire sauter l'aire flexible à distance de l'électrode.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est le schéma électrique d'un détecteur que comprend ladite forme d'exécution.
La fig. 3 est une coupe d'organes représentés aux fig. 1 et 2.
La fig. 4 est une coupe partielle, à plus grande échelle, d'un organe représenté à la fig. 3. L'installation représentée à la fia. 1 sur un avion, comprend des moyens de détection non électriques, sous forme d'un détecteur A de forme très allongée, un organe de réponse B et un circuit électrique C. La fonction du détecteur A est d'actionner l'organe B qui agit à son tour sur le circuit électrique C. Le détecteur A constitue un transducteur chaleur-pres- sion, tandis que ce détecteur A et l'organe de réponse B constituent ensemble un transducteur chaleur-cou- rant électrique.
Le détecteur A (fig. 3 et 4) comprend une enve loppe D allongée connectée à l'organe de réponse B et contenant des moyens E sensibles à la chaleur dans les environs du détecteur A et capables d'élever la pression intérieure dans l'organe B ; ce dernier est un commutateur électrique sensible à la pression qui s'ouvre ou se ferme en réponse aux variations de pression induites par la réponse du détecteur A à la chaleur. Le circuit électrique C peut être un circuit avertisseur ou un circuit correcteur.
Ce dispositif présente de nombreuses caractéristi ques particulièrement utiles en aviation. Pôur en don- ner une image générale, on a représenté à la fig. 1 un avion 20 comprenant deux de ces dispositifs. On utilise deux détecteurs A, un pour chaque nacelle 21 ou 22 des moteurs de l'avion. Les détecteurs A sont placés dans des positions critiques dans ces nacelles, ordinairement autour des moteurs, et les organes de réponse B sont montés sur des parois ignifuges 23, 24. Les circuits C comprennent des conducteurs 25, 26 conduisant à des lampes 27, 28 respectivement, placées sur le tableau de bord.
Un incendie se décla rant dans l'une ou l'autre des nacelles 21 et 22 chauffe le détecteur A correspondant, et l'organe de réponse B associé ferme le circuit C, allumant ainsi la lampe 27 ou 28.
Le détecteur A comprend un tube métallique D de très faible diamètre, d'une section transversale de surface constante, et de toute longueur désirée. Le tube D renferme des moyens sensibles à sa tempé rature et faisant varier la pression à l'intérieur du tube. Ces moyens sont constitués par un agent trans ducteur E qui peut être un agent de transfert de gaz ou émetteur de gaz. Le tube D est étanche aux gaz et ouvert seulement dans sa zone de raccord avec l'organe de réponse qui limite lui-même une chambre fermée reliée au tube D. Une modification de la pres sion interne dans ce tube modifie par conséquent la pression interne dans l'organe B.
L'agent transducteur E peut retenir un gaz à basse température et émettre progressivement ce gaz sur un large domaine de températures élevées. Un tel agent libère ou émet de grands volumes de gaz ou de vapeur quand il est porté à la température qui doit être détectée, et il absorbe à nouveau ces gaz quand la température est réduite.
Parmi les substances pouvant constituer l'agent transducteur E, on peut citer les nombreux hydrures métalliques. Avec les métaux alcalins et alcalino-ter reux, soit les groupes I-a et II-a du tableau périodi que, l'hydrogène forme des composés stoechiométri ques tels que l'hydrure de sodium et l'hydrure de cal cium. Ces composés se comportent comme des corps ionisés, l'hydrogène constituant l'ion négatif. Les réactions sont exothermiques et réversibles.
L'hydro gène réagit avec le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium, le calcium, le radium, le strontium, le francium et le baryum en proportions stoechiométriques pour former les hydrures corres pondants. Avec les éléments des groupes III-a (y compris les terres rares et les éléments actinides), IV -a et V-a, l'hydrogène forme des pseudo-hydrures. La solubilité de l'hydrogène dans les éléments de ces groupes varie comme la racine carrée de la pres sion et elle diminue quand la température augmente. Au-dessus de 3000 C environ, le palladium se com porte aussi de cette façon.
Les éléments de ces grou pes sont réunis dans un groupe B comprenant le scandium, le titane, le vanadium, l'ytterbium, le zir conium, le niobium, l'hafnium, le tantale, les métaux des terres rares (nombres atomiques de 57 à 71), et les métaux actinides (nombres atomiques de 89 à 103), le palladium étant un membre de ce groupe à des températures supérieures à 3000 C environ. Cette solution d'hydrogène est communément dési gnée par le terme hydrure bien qu'elle ne repré sente pas un composé stoechiométrique.
L'agent transducteur E peut être utilisé sous forme de fils, de billes ou de granulés, toujours placés à l'intérieur du tube D du détecteur qui est un tube non poreux électriquement conducteur, de préférence de section transversale constante. Ce tube peut être, par exemple, en nickel, en fer pur (qui est imper méable pour de nombreux gaz), en acier inoxydable ou en molybdène. Dans chaque cas, les surfaces internes du tube D ne doivent pas réagir avec les matières qui viennent en contact avec elles, y compris les gaz produits. Le tube D du détecteur peut pré senter un diamètre extérieur compris entre 1 et 1,5 mm, la paroi présentant une épaisseur comprise entre 0,125 à 0,375 mm, par exemple. Le tube peut avoir une longueur de 60 cm à 10 m, par exemple.
La fig. 4 montre l'agent transducteur E enfermé dans le tube D du détecteur. Cet agent E est constitué par un fil 30, par exemple en zirconium, titane ou calcium, d'un diamètre de 0,625 à 1,25 mm. Un ruban 31, par exemple en molybdène, d'une largeur d'environ 0,50 mm et d'une épaisseur de 0,050 mm, est enroulé à spires serrées autour du fil 30.
Le ruban 31 maintient le fil 30 hors de contact avec la paroi 32 du tube D et empêche le fil de fondre et de se souder à cette paroi, même si le détecteur A est exposé à une grande chaleur et même si le fil 30 est complètement imbibé de gaz, toutes causes ten dant à agrandir le fil 30 à peu près à la dimension du diamètre intérieur du tube D.
La fig. 3 montre la position respective du détec teur A et de l'organe de réponse B. Une extrémité 33 du tube D est connectée de manière étanche aux gaz à l'organe B, tandis que l'autre extrémité 34 du tube est encore ouverte. Cette extrémité libre 34 peut être connectée à une pompe à vide destinée à vider le tube D. Ce dernier est ensuite chauffé et de l'hydrogène pur est envoyé dans le tube à travers l'extrémité 34, le fil de zirconium 30 absorbant l'hydrogène pendant qu'il refroidit.
Le fil 30 initiale ment en métal pur est converti en un hydrure imbibé de gaz, l'extrémité libre 34 est alors scellée en y insérant un fil 35 et en fondant ce dernier dans le tube. Le dispositif est prêt à l'usage.
L'organe de réponse B (fig. 3) comprend un corps 40 comportant deux plateaux circulaires 41 et 42 d'un métal non poreux, de préférence du molyb dène ou du Kovar (marque déposée) entre les quels est fixé, par exemple par brassage, un dia phragme 43 souple en métal mince, par exemple du molybdène ou du Kovar . D'après le Handbook of Material Trade Names, Edition de 1953, publié par Industrial Research Service de Douvres, New Hampshire,
le Kovar est un alliage comprenant 20 % de nickel, 17 % de cobalt et 0,2 % de man- ganèse, le solde étant du fer.
Les plateaux 41, 42 sont hermétiquement scellés l'un à l'autre et sont en contact électrique sur toute leur périphérie et sur une marge notable, mais au centre le diaphragme 43 forme une calotte sphérique 44 qui est libre de se déplacer vers les plateaux 41 et 42 et constitue la partie active du diaphragme 43. L'emploi d'un dia phragme présentant une telle calotte 44 rend possible l'usage d'un plateau supérieur 42 présentant une sur face inférieure 45 plane et donne une réponse plus facile à prévoir, bien qu'on puisse utiliser d'autres types de diaphragmes. Le plateau inférieur 41 pré sente un évidement 46 dans sa surface supérieure, et le diaphragme 43 divise la cavité ainsi formée entre les plateaux en deux chambres 47 et 48.
Comme la chambre inférieure 47 communique avec le détec teur A, elle constitue une chambre de détection. L'autre chambre 48 est disposée du côté opposé du diaphragme par rapport au détecteur A. Elle consti tue une chambre d'antidétection. Il est évident que l'un ou l'autre des plateaux 41, 42 peut être obtenu en brasant ensemble diverses plaques minces de la forme désirée et que l'évidement 46 peut être formé en utilisant une pile de minces rondelles préformées posées au-dessus d'un disque.
L'extrémité 33 du tube D est scellée hermétique ment au plateau inférieur 41 et s'ajuste dans un trou 50 dudit plateau. La chambre 47 est fermée et scel lée, sauf en ce qui concerne sa communication avec la lumière du tube D du détecteur. Ainsi, l'intérieur du détecteur A et la chambre de détection 47 contien nent une atmosphère commune, à l'exclusion de toute autre.
Un tube 51 d'une matière non poreuse électri quement isolante, par exemple une matière cérami que, s'étend à travers une ouverture à gradins 52 formée par un tube métallique 52a qui est brasé dans le plateau supérieur 42 au niveau de la surface 45, le tube 51 étant hermétiquement scellé de manière que son extrémité inférieure 53 soit de niveau avec la surface inférieure 45 du plateau 42. L'ouverture 52 et le tube 51 sont centrés par rapport à la calotte 44 du diaphragme 43.
Une électrode métallique 54, par exemple en palladium ou tout autre métal qui libère activement l'hydrogène quand il est chauffé dans le domaine de température impli qué, est montée à l'extrémité inférieure d'une tige métallique 55, de préférence en molybdène, à l'inté rieur du tube 51, l'électrode 54 constituant la partie de contact de la tige 55 qui est disposée à niveau avec la surface inférieure 45 du plateau 42 ou très légèrement au-dessous.
Si une pression suffisante est appliquée du côté détection de la calotte 44, celle-ci est déviée et vient en contact avec l'électrode 54, et si la force de dévia tion est supprimée, la force élastique de la calotte 44 ramène celle-ci dans sa position de repos et rompt ainsi le contact avec l'électrode 54. La force néces saire pour faire dévier la calotte 44 peut être choisie, par une construction appropriée, dans un large domaine de valeurs.
L'extrémité extérieure de la tige 55 est percée axialement pour former un logement 56 dans lequel s'ajuste l'extrémité d'un tube capillaire 57 en nickel qui est fixé à la tige 55, par un brasage cuivre- platine, à proximité de l'extrémité inférieure 58 du logement. Un trou 59 est percé radialement dans la paroi du logement 56 entre l'extrémité 58 et l'extré mité du tube 57.
Un capuchon 59a, en molybdène ou en Kovar par exemple, est brasé au tube 51 et au tube capillaire 57, et les longueurs des tubes 51 et 57 et de la tige 55 sont soigneusement déterminées pour égaler les coefficients d'allongement et les lon gueurs des deux pièces métalliques 55 et 57 au coefficient d'allongement et à la longueur du tube 51. Il est important d'empêcher l'électrode 54 de la tige 55 de se déplacer au-dessus de la surface du plateau 42. Les longueurs des pièces en molybdène et en nickel étant choisies de manière que leur allongement et leur contraction compensent exactement celles du tube 51 en matière céramique, dont le coefficient d'allongement est compris entre ceux du nickel et du molybdène, la position de l'électrode 54 est facile ment maintenue.
La tige cylindrique 55 s'ajuste étroitement dans le trou du tube 51, tout en laissant encore un passage suffisant pour les gaz. Le trou radial 59 permet le passage de l'hydrogène ou d'un mélange d'hydrogène et d'un gaz noble, comme l'argon ou le néon, à tra vers le tube capillaire 57 dans le tube 51. Par consé quent, le tube de nickel 57 peut être utilisé pour introduire un gaz sous pression dans la chambre d'antidétection 48 afin d'établir dans celle-ci la pres sion désirée, ce qui joue un rôle quant aux caracté ristiques de réponse de la calotte 44. Le tube 57 peut être fermé alors en y insérant un fil métallique 59b à son extrémité extérieure et en brasant ce fil dans le tube 57.
Le tube 57 peut être ensuite brasé à une borne conductrice 60. Ainsi, quand la calotte 44 est en contact avec l'électrode 54, le courant élec trique peut passer de la calotte 44 dans la tige 55, le tube 57 et la borne 60 à laquelle le circuit aver tisseur C est connecté.
Ce circuit est représenté à la fig. 2. Un raccord 61 est fixé à la borne 60 et un conducteur 62 relie le raccord à deux lampes 63 et 64 montées en parallèle l'une avec l'autre et en série avec le conduc teur 62 et un conducteur 65 qui est relié à un pôle d'une batterie 66. L'autre pôle de la batterie 66 est relié à un relais 67 et, par des conducteurs 68 et 69, à une borne 70 sur le tube D du détecteur, près de l'organe de réponse B.
Le dispositif comprend aussi un circuit d'essai F. Une seconde borne 71 à l'extrémité éloignée du tube D est connectée par un conducteur 72 à un interrupteur d'essai 73 qui est relié à une seconde batterie 74. L'autre pôle de la batterie 74 est relié par un ampèremètre 75 à un contact 76 du relais 67. Le contact 76 est normalement fermé contre un plot 77 qui est connecté par un conducteur 78 aux conducteurs 68 et 69. Un second contact 80 met en circuit ou hors circuit des conducteurs 81 et 82 d'un relais 83 commandant une sonnerie 85. Le tube D du détecteur A est un bon conducteur de l'électricité, de sorte que sa résistance totale est faible même si sa longueur est considérable, par exemple d'un à deux ohms seulement.
Un élément de circuit non mis à la terre est ainsi constitué par le tube D entre les bornes 70 et 71.
Quand la calotte 44 n'est pas en contact avec l'électrode 54, le circuit comprenant la batterie 66 est ouvert et ne peut exciter les lampes 63 et 64 ni la sonnerie 85 du relais 83. Chaque fois qu'il existe une condition d'incendie qui produit une émission suffi sante de gaz dans le détecteur A, la pression dans la chambre de détection 47 augmente et pousse la calotte 44 contre l'électrode 54, fermant le circuit comprenant la batterie 66, ce qui allume les lampes 63 et 64 et actionne la sonnerie 85.
Une caractéristique importante de l'organe de réponse B est que l'électrode 54 est faite d'un hydrure métallique ou d'un métal contenant de l'hydrogène dissous qui émet un gaz quand il est chauffé.
Par conséquent, quand la calotte précédemment venue en contact avec l'électrode 54 commence à se séparer de cette dernière, si elle se meut assez lentement pour permettre la production d'un arc, la chaleur résultante entraîne le palladium ou un autre hydrure<B> </B> à émettre de l'hydrogène, augmentant ainsi la pression du gaz dans la chambre d'antidétection 48 et faisant sauter la calotte 44 à distance de l'électrode 54.
Bien que l'emploi de deux lampes et d'une sonne rie soit préféré, il est évident que le circuit ne pour rait comprendre qu'une seule lampe. Ce qui est im- portant, c'est l'existence d'un circuit non mis à la terre et comprenant un dispositif avertisseur en série avec l'organe de réponse B et le tube D du détecteur, c'est-à-dire, en fait, le circuit avertisseur C. On peut utiliser deux lampes et une sonnerie à 2,5 volts de préférence à une seule lampe pour former un circuit à forte intensité et basse tension exempt de panne, par suite des valeurs du courant et de la tension, et si une lampe saute, une autre est présente pour donner l'avertissement.
Pour essayer le circuit de la fig. 2, on ferme l'in terrupteur 73. L'agent de détection E est alors chauffé électriquement par le courant fourni par la batterie 74 directement à travers le métal du tube D. On pourrait évidemment utiliser d'autres moyens pour chauffer le tube D et l'agent E électriquement, l'un des procédés possibles étant décrit plus loin (fig. 13 et 14). La chaleur est répartie uniformément le long du détecteur A qui contient normalement un gaz noble (néon ou argon) en plus de l'hydrure cons tituant l'agent E.
Le détecteur A peut être réglé de manière que si toutes ses parties sont à une certaine température critique, la dilatation du gaz noble lui- même suffit à déplacer la calotte 44 contre l'élec trode 54. Cette température peut être dite < globale . Si la plus grande partie du détecteur A est au-dessous de cette température, l'organe de réponse B peut être encore actionné par l'élévation de la température d'une partie du détecteur au-dessus du point d'émis sion du gaz de l'agent E, d'une quantité déterminée.
Pour l'essai, on peut utiliser la température globale et quand la température du détecteur A atteint la température. globale pour laquelle il a été réglé, l'or gane de réponse B complète le circuit d'alarme, allu mant les lampes 63 et 64 et actionnant le relais 67. Ce dernier rompt le courant dans le circuit d'essai en déplaçant le contact 76 à distance du plot 77. Quand le courant dans le circuit d'essai F est arrêté, le détec teur A se refroidit et atteint finalement le point pour lequel l'organe de réponse B ouvre le circuit d'alarme, libérant le relais 67. Le courant est ainsi restauré dans le circuit d'essai F, de sorte que-le détecteur A s'échauffe à nouveau. Le cycle se répète aussi long temps que l'interrupteur 73 est maintenu fermé.
L'allumage intermittent des lampes d'avertisse ment 63 et 64 pendant l'essai indique que le dispo sitif est en bon ordre. S'il existe une rupture dans le détecteur A ou une faute dans quelque autre partie du dispositif, les lampes 63 et 64 ne s'allument pas pendant l'essai, indiquant que quelque chose ne va pas dans le dispositif. Comme c'est la pression du gaz dans le détecteur A qui actionne l'organe de réponse B pendant le cycle d'essai, cette méthode d'essai donne une réponse valable pour tout le dispo sitif détecteur d'incendie en produisant des conditions de température élevée réelles dans le détecteur.
L'interrupteur 73 peut être maintenu fermé à tout instant pendant le vol de l'avion, donnant un essai continu, sans gêner d'aucune façon l'efficacité du dis positif comme détecteur d'incendie. S'il existe une condition d'incendie dans le voisinage du détecteur A, l'organe de réponse B maintient alors le circuit d'alarme C fermé et les lampes 63 et 64 sont allu mées continuellement, indiquant une condition de température excessive. Pendant la période où le dis positif indique un incendie, le relais 67 empêche le courant de s'écouler dans le circuit d'essai F. En fait, l'usage continu de ce circuit d'essai F peut améliorer la vitesse de réponse du détecteur.
Comme le détec teur est maintenu à des températures assez élevées en tout temps, il faut moins de temps lors d'un incendie pour chauffer le détecteur A jusqu'au point auquel ce dernier donne un avertissement.
La température du milieu environnant le détec teur A détermine la longueur à donner à ce détecteur pour qu'il chauffe quand le courant d'essai passe et se refroidisse quand ce courant cesse. Plus cette tem pérature est élevée, plus le temps de chauffage est court et plus le temps de refroidissement est long. Il s'ensuit que le courant moyen sur chaque cycle d'essai diminue quand la température environnante est éle vée. Si l'ampèremètre 75 présentant une constante de temps élevée (fort amortissement) est placé en série avec le circuit d'essai F (fig. 2), il donne cette moyenne et peut être calibré de manière à lire direc tement la température du milieu environnant le détecteur.
Si l'on désire qu'un avertissement soit donné quand la température atteint un certain point de sur chauffe au-dessous de la température globale, l'am pèremètre 75 est équipé de contacts 75a et 75b de manière qu'un circuit avertisseur externe 75c com prenant une batterie 75d soit fermé quand le courant indiqué par l'ampèremètre 75 tombe au-dessous de la valeur correspondant à la température de sur chauffe. De tels appareils de mesure sont disponibles dans le commerce.
Si le détecteur d'incendie donne une fausse indi cation pour une raison quelconque, le relais 67 dans le circuit d'alarme C ne rompt pas le courant dans le circuit d'essai F. Le courant moyen indiqué par l'ampèremètre 75 s'élève alors à une valeur élevée, indiquant une faute dans le dispositif. Si on le désire, les contacts 75a et 75b peuvent être utilisés pour fer mer le circuit externe 75c quand le courant indiqué par l'ampèremètre 75 excède une certaine valeur, afin de donner un avertissement relatif à une faute du dispositif. On peut utiliser aussi deux séries de tels contacts.
Si plusieurs zones doivent être surveillées simul tanément, on peut utiliser une forme d'exécution dans laquelle le circuit d'essai peut être commuté de ma nière à comprendre chaque détecteur tour à tour. La commutation peut se faire à la main ou automatique ment. Si une condition de surchauffe ou une faute existe dans l'une quelconque des zones, l'avertisse ment approprié est donné quand la zone est détectée. Le circuit peut être agencé de façon que le commuta teur s'arrête si une zone quelconque indique un défaut ou une condition de surchauffe, le commutateur ne reprenant son mouvement que lorsque la situation particulière aura été notée par un opérateur qui remet alors le commutateur en mouvement.
Additional patent subordinate to main patent NO 371021 Thermal detection installation Claim I of main patent N 371021 defines a thermal detection installation, characterized in that it comprises a detector comprising an enclosure of generally tubular shape containing a substance capable of releasing or absorbing a gas as a result of changes in temperature, disposed approximately over the entire length of the enclosure, and having a continuous passage for gas over this length, said substance being a metal hydride, a hydride or a alkali or alkaline earth metal borohydride,
an oxide of mercury, silver, palladium or alloys or amalgams of these metals, or a blowing agent.
The object of the present invention is to provide such an installation in which the detector is sensitive to the pressure of the gas released by said substance.
The installation forming the subject of the invention, according to claim I of the main patent, is characterized in that the detector comprises a casing, a metal disc comprising a flexible area, arranged in the casing and dividing it into a first and a second chamber, and an electrode supported by the casing in the second chamber, electrically isolated from the casing, directly opposite the flexible area and comprising a lique metal end impregnated with hydrogen constituting a metal hydride of which the The hydrogen can be driven off by heating, the whole being arranged so that an increase in pressure in the first chamber presses the flexible area against the tip of the electrode and an arc is established between the latter and the electrode. 'flexible area when it begins to leave said end,
the arc heating this end to drive out the hydrogen in order to increase the pressure in the second chamber and to blow up the flexible area away from the electrode.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the installation which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a schematic view of this embodiment.
Fig. 2 is the electrical diagram of a detector included in said embodiment.
Fig. 3 is a sectional view of the organs shown in FIGS. 1 and 2.
Fig. 4 is a partial section, on a larger scale, of a member shown in FIG. 3. The installation shown in fia. 1 on an airplane, comprises non-electric detection means, in the form of a very elongated detector A, a response member B and an electrical circuit C. The function of the detector A is to actuate the member B which in turn acts on the electric circuit C. The detector A constitutes a heat-pressure transducer, while this detector A and the response member B together constitute an electric heat-current transducer.
Detector A (Figs. 3 and 4) comprises an elongated casing D connected to response member B and containing means E sensitive to heat in the vicinity of detector A and capable of raising the internal pressure in the chamber. organ B; the latter is a pressure sensitive electrical switch which opens or closes in response to pressure variations induced by the response of detector A to heat. The electrical circuit C can be a warning circuit or a correction circuit.
This device has many characteristics that are particularly useful in aviation. In order to give a general image of it, FIG. 1 an aircraft 20 comprising two of these devices. Two detectors A are used, one for each nacelle 21 or 22 of the engines of the airplane. The detectors A are placed in critical positions in these nacelles, usually around the motors, and the response members B are mounted on fireproof walls 23, 24. The circuits C include conductors 25, 26 leading to lamps 27, 28 respectively, placed on the dashboard.
A fire breaking out in one or the other of the nacelles 21 and 22 heats the corresponding detector A, and the associated response unit B closes circuit C, thus lighting the lamp 27 or 28.
The detector A comprises a metal tube D of very small diameter, of a cross section of constant area, and of any desired length. The tube D contains means sensitive to its temperature and varying the pressure inside the tube. These means consist of a transducer agent E which can be a gas transfer or gas emitter agent. Tube D is gas-tight and open only in its area of connection with the response member which itself limits a closed chamber connected to tube D. A change in the internal pressure in this tube consequently changes the internal pressure in organ B.
The transducer agent E can retain a gas at low temperature and gradually emit this gas over a wide range of high temperatures. Such an agent releases or emits large volumes of gas or vapor when raised to the temperature to be detected, and it absorbs these gases again when the temperature is reduced.
Among the substances which may constitute the transducing agent E, there may be mentioned the numerous metal hydrides. With the alkali and alkaline earth metals, that is to say groups I-a and II-a of the periodic table, hydrogen forms stoichiometric compounds such as sodium hydride and calcium hydride. These compounds behave like ionized bodies, with hydrogen constituting the negative ion. The reactions are exothermic and reversible.
Hydrogen reacts with lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, calcium, radium, strontium, francium and barium in stoichiometric proportions to form the corresponding hydrides. With the elements of groups III-a (including rare earths and actinide elements), IV -a and V-a, hydrogen forms pseudo-hydrides. The solubility of hydrogen in the elements of these groups varies as the square root of the pressure and decreases with increasing temperature. Above about 3000 C, palladium also behaves in this way.
The elements of these groups are united in a group B comprising scandium, titanium, vanadium, ytterbium, zir conium, niobium, hafnium, tantalum, rare earth metals (atomic numbers of 57 to 71), and actinide metals (atomic numbers 89 to 103), palladium being a member of this group at temperatures above about 3000 C. This hydrogen solution is commonly designated by the term hydride although it does not represent a stoichiometric compound.
The transducing agent E can be used in the form of wires, beads or granules, always placed inside the tube D of the detector which is an electrically conductive non-porous tube, preferably of constant cross section. This tube can be, for example, nickel, pure iron (which is waterproof for many gases), stainless steel or molybdenum. In each case, the internal surfaces of the tube D must not react with the materials which come into contact with them, including the gases produced. The tube D of the detector may have an outside diameter of between 1 and 1.5 mm, the wall having a thickness of between 0.125 and 0.375 mm, for example. The tube can have a length of 60 cm to 10 m, for example.
Fig. 4 shows the transducer agent E enclosed in the tube D of the detector. This agent E consists of a wire 30, for example made of zirconium, titanium or calcium, with a diameter of 0.625 to 1.25 mm. A tape 31, for example of molybdenum, with a width of about 0.50 mm and a thickness of 0.050 mm, is wound in tight turns around the wire 30.
The tape 31 keeps the wire 30 out of contact with the wall 32 of the tube D and prevents the wire from melting and welding to that wall, even if the sensor A is exposed to great heat and even if the wire 30 is completely soaked in gas, all causes being to enlarge the wire 30 to approximately the dimension of the internal diameter of the tube D.
Fig. 3 shows the respective position of the detector A and the response member B. One end 33 of the tube D is connected in a gas-tight manner to the member B, while the other end 34 of the tube is still open. This free end 34 can be connected to a vacuum pump intended to empty the tube D. The latter is then heated and pure hydrogen is sent into the tube through the end 34, the zirconium wire 30 absorbing the. hydrogen as it cools.
The initially pure metal wire 30 is converted to a gas-soaked hydride, the free end 34 is then sealed by inserting a wire 35 therein and melting the latter in the tube. The device is ready for use.
The response member B (FIG. 3) comprises a body 40 comprising two circular plates 41 and 42 of a non-porous metal, preferably molybdenum or Kovar (registered trademark) between which is fixed, for example by brewing, a flexible diaphragm 43 made of thin metal, for example molybdenum or Kovar. From the Handbook of Material Trade Names, Edition of 1953, published by Industrial Research Service of Dover, New Hampshire,
Kovar is an alloy comprising 20% nickel, 17% cobalt and 0.2% manganese, the balance being iron.
The plates 41, 42 are hermetically sealed to each other and are in electrical contact over their entire periphery and over a significant margin, but in the center the diaphragm 43 forms a spherical cap 44 which is free to move towards the plates. 41 and 42 and constitutes the active part of the diaphragm 43. The use of a diaphragm having such a cap 44 makes possible the use of an upper plate 42 having a flat underside 45 and gives an easier response to predict, although other types of diaphragms can be used. The lower plate 41 has a recess 46 in its upper surface, and the diaphragm 43 divides the cavity thus formed between the plates into two chambers 47 and 48.
As the lower chamber 47 communicates with the detector A, it constitutes a detection chamber. The other chamber 48 is disposed on the opposite side of the diaphragm with respect to the detector A. It constitutes an anti-detection chamber. It is evident that either of the trays 41, 42 can be obtained by brazing together various thin plates of the desired shape and that the recess 46 can be formed by using a stack of thin preformed washers laid on top. of a disc.
The end 33 of the tube D is hermetically sealed to the lower plate 41 and fits into a hole 50 of the said plate. Chamber 47 is closed and sealed, except for its communication with the lumen of tube D of the detector. Thus, the interior of the detector A and the detection chamber 47 contain a common atmosphere, to the exclusion of any other.
A tube 51 of an electrically insulating non-porous material, for example a ceramic material, extends through a stepped opening 52 formed by a metal tube 52a which is brazed into the top plate 42 at the surface 45 , the tube 51 being hermetically sealed so that its lower end 53 is flush with the lower surface 45 of the plate 42. The opening 52 and the tube 51 are centered with respect to the cap 44 of the diaphragm 43.
A metal electrode 54, for example of palladium or any other metal which actively releases hydrogen when it is heated in the temperature range involved, is mounted at the lower end of a metal rod 55, preferably of molybdenum, inside the tube 51, the electrode 54 constituting the contact part of the rod 55 which is disposed level with the lower surface 45 of the plate 42 or very slightly below.
If sufficient pressure is applied to the sensing side of the cap 44, the latter is deflected and comes into contact with the electrode 54, and if the deflection force is removed, the elastic force of the cap 44 returns the latter. in its rest position and thus breaks contact with the electrode 54. The force necessary to deflect the cap 44 can be chosen, by an appropriate construction, over a wide range of values.
The outer end of the rod 55 is axially drilled to form a housing 56 in which fits the end of a nickel capillary tube 57 which is fixed to the rod 55, by copper-platinum brazing, close to the lower end 58 of the housing. A hole 59 is drilled radially in the wall of the housing 56 between the end 58 and the end of the tube 57.
A cap 59a, of molybdenum or Kovar for example, is brazed to the tube 51 and to the capillary tube 57, and the lengths of the tubes 51 and 57 and of the rod 55 are carefully determined to match the elongation coefficients and the lengths. of the two metal parts 55 and 57 to the coefficient of elongation and the length of the tube 51. It is important to prevent the electrode 54 of the rod 55 from moving above the surface of the plate 42. The lengths of the molybdenum and nickel parts being chosen so that their elongation and contraction exactly compensate for those of the ceramic tube 51, the elongation coefficient of which is between those of nickel and molybdenum, the position of the electrode 54 is easily maintained.
Cylindrical rod 55 fits tightly into the hole in tube 51, while still leaving sufficient passage for gases. The radial hole 59 allows the passage of hydrogen or a mixture of hydrogen and a noble gas, such as argon or neon, through the capillary tube 57 in the tube 51. Consequently, the nickel tube 57 may be used to introduce a pressurized gas into the detection chamber 48 in order to establish the desired pressure therein, which plays a role in the response characteristics of the cap 44. The tube 57 can then be closed by inserting a metal wire 59b therein at its outer end and by brazing this wire in the tube 57.
The tube 57 can then be soldered to a conductive terminal 60. Thus, when the cap 44 is in contact with the electrode 54, the electric current can pass from the cap 44 into the rod 55, the tube 57 and the terminal 60. to which the warning circuit C is connected.
This circuit is shown in fig. 2. A connector 61 is attached to terminal 60 and a conductor 62 connects the connector to two lamps 63 and 64 mounted in parallel with each other and in series with conductor 62 and a conductor 65 which is connected to one pole of a battery 66. The other pole of the battery 66 is connected to a relay 67 and, by conductors 68 and 69, to a terminal 70 on the tube D of the detector, near the response member B .
The device also includes a test circuit F. A second terminal 71 at the far end of tube D is connected by a conductor 72 to a test switch 73 which is connected to a second battery 74. The other pole of the battery 74 is connected by an ammeter 75 to a contact 76 of the relay 67. The contact 76 is normally closed against a pad 77 which is connected by a conductor 78 to the conductors 68 and 69. A second contact 80 switches on or off conductors 81 and 82 of a relay 83 controlling a bell 85. The tube D of the detector A is a good conductor of electricity, so that its total resistance is low even if its length is considerable, for example of a at two ohms only.
An ungrounded circuit element is thus formed by the tube D between the terminals 70 and 71.
When the cap 44 is not in contact with the electrode 54, the circuit comprising the battery 66 is open and cannot excite the lamps 63 and 64 nor the buzzer 85 of the relay 83. Whenever there is a condition of d 'fire which produces a sufficient emission of gas in the detector A, the pressure in the detection chamber 47 increases and pushes the cap 44 against the electrode 54, closing the circuit comprising the battery 66, which ignites the lamps 63 and 64 and ring bell 85.
An important feature of the response member B is that the electrode 54 is made of a metal hydride or a metal containing dissolved hydrogen which emits a gas when heated.
Therefore, when the cap previously contacted with the electrode 54 begins to separate from the latter, if it moves slowly enough to allow the production of an arc, the resulting heat carries away the palladium or other hydride <B > </B> to emit hydrogen, thus increasing the gas pressure in the detection chamber 48 and causing the cap 44 to jump away from the electrode 54.
Although the use of two lamps and a ringer is preferred, it is obvious that the circuit could only include one lamp. What is important is the existence of an unearthed circuit comprising a warning device in series with the response unit B and the tube D of the detector, i.e. , in fact, the warning circuit C. Two lamps and a 2.5 volt bell, rather than a single lamp, can be used to form a high current, low voltage circuit free from failure, due to the values of current and voltage, and if one lamp blows, another is present to give the warning.
To try out the circuit of fig. 2, the switch 73 is closed. The detection agent E is then heated electrically by the current supplied by the battery 74 directly through the metal of the tube D. We could obviously use other means to heat the tube D and agent E electrically, one of the possible methods being described later (fig. 13 and 14). The heat is distributed uniformly along detector A which normally contains a noble gas (neon or argon) in addition to the hydride constituting agent E.
The detector A can be adjusted so that if all of its parts are at a certain critical temperature, the expansion of the noble gas itself is sufficient to move the cap 44 against the electrode 54. This temperature can be said to be <global. If most of detector A is below this temperature, response unit B can still be actuated by raising the temperature of part of the detector above the point of gas emission. agent E, of a determined quantity.
For the test, one can use the overall temperature and when the temperature of the detector A reaches the temperature. global for which it has been set, response organ B completes the alarm circuit, igniting lamps 63 and 64 and actuating relay 67. The latter breaks the current in the test circuit by moving the contact. 76 remote from pin 77. When the current in test circuit F is stopped, detector A cools down and finally reaches the point at which response unit B opens the alarm circuit, releasing relay 67 The current is thus restored in the test circuit F, so that the detector A heats up again. The cycle is repeated for as long as the switch 73 is kept closed.
The intermittent illumination of warning lamps 63 and 64 during the test indicates that the device is in good order. If there is a break in detector A or a fault in some other part of the device, lamps 63 and 64 do not come on during the test, indicating that something is wrong with the device. Since it is the gas pressure in detector A which actuates the response unit B during the test cycle, this test method gives a response valid for the entire fire detection device by producing conditions of. actual high temperature in the detector.
The switch 73 can be kept closed at any time during the flight of the airplane, giving a continuous test, without in any way hindering the effectiveness of the positive device as a fire detector. If there is a fire condition in the vicinity of detector A, response unit B then keeps alarm circuit C closed and lamps 63 and 64 are lit continuously, indicating an over temperature condition. During the period when the positive signal indicates a fire, relay 67 prevents current from flowing into test circuit F. In fact, continued use of this test circuit F may improve the response speed of the test circuit. detector.
Since the detector is kept at fairly high temperatures at all times, it takes less time during a fire to heat detector A to the point at which it gives a warning.
The temperature of the environment surrounding the detector A determines the length to be given to this detector so that it heats up when the test current passes and cools down when this current ceases. The higher this temperature, the shorter the heating time and the longer the cooling time. As a result, the average current over each test cycle decreases when the surrounding temperature is high. If the ammeter 75 with a high time constant (strong damping) is placed in series with the test circuit F (fig. 2), it gives this average and can be calibrated so as to directly read the temperature of the medium. surrounding the detector.
If it is desired that a warning be given when the temperature reaches a certain point of overheating below the overall temperature, the ammeter 75 is equipped with contacts 75a and 75b so that an external warning circuit 75c com taking a 75d battery is closed when the current indicated by the ammeter 75 falls below the value corresponding to the overheating temperature. Such measuring devices are commercially available.
If the fire detector gives a false indication for some reason, relay 67 in alarm circuit C does not break the current in test circuit F. The average current indicated by the ammeter 75 s' then rises to a high value, indicating a fault in the device. If desired, the contacts 75a and 75b can be used to close the external circuit 75c when the current indicated by the ammeter 75 exceeds a certain value, in order to give a warning of a device fault. It is also possible to use two series of such contacts.
If several zones are to be monitored simultaneously, an embodiment can be used in which the test circuit can be switched so as to include each detector in turn. Switching can be done manually or automatically. If an overheat condition or fault exists in any of the zones, the appropriate warning is given when the zone is detected. The circuit can be arranged so that the switch stops if any zone indicates a fault or an overheating condition, the switch not resuming its movement until the particular situation has been noted by an operator who then resets the switch. movement.