EP0144260B1 - Dispositif d'alimentation électrique amorçable par un liquide - Google Patents

Dispositif d'alimentation électrique amorçable par un liquide Download PDF

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EP0144260B1
EP0144260B1 EP84402246A EP84402246A EP0144260B1 EP 0144260 B1 EP0144260 B1 EP 0144260B1 EP 84402246 A EP84402246 A EP 84402246A EP 84402246 A EP84402246 A EP 84402246A EP 0144260 B1 EP0144260 B1 EP 0144260B1
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relay
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voltage
liquid
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James Parlant
Christian Bled
Michel Etourneau
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Direction General pour lArmement DGA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/42—Switches operated by change of humidity

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of power supply devices which can be primed in an immersion liquid.
  • the contact between these two electrodes is made at a certain immersion depth and allows the passage of a weak current which must be amplified by a semiconductor device to make the auxiliary device work.
  • the main drawback of this device lies in the existence of leakage currents, due to the semiconductor, which pass through the device to be initiated on the one hand and which discharge the battery after a certain storage period on the other hand . It is understood that this switch lacks reliability and does not allow long enough to store signaling buoys, mines equipped with it etc ...
  • the object of the present invention is to provide an electrical supply device making it possible to obviate the aforementioned drawbacks by proposing a device which can be primed upon immersion in a liquid, in which no leakage current appears and whose priming is interrupted as soon as the immersion liquid disappears.
  • the device according to the invention may comprise a sealed housing containing the two circuits and having a cavity open towards the outside, at the bottom of which the two electrodes are fixed.
  • the electrodes can be produced in the form of metal screws fixed to the housing having an area of 320 mm 2 , and located approximately 12 mm from each other.
  • the electrodes can be subjected to a surface treatment to improve their conductivity.
  • the electrodes can be separated by an insulating wall with a height greater than that of the electrodes.
  • the first source may have a lower voltage than that of the second source.
  • the first relay may have a large internal resistance, of the order of 300 to 2000 ohms and the second relay may have a low internal resistance of the order of 20 to 50 ohms.
  • a result obtained by the device according to the invention lies in the fact that the start-up is automatically triggered by the presence of a liquid, even a weakly conductive one, guaranteeing great security both in operation of the device under its dependence and out of operation of said device. Unintentional non-liquid operations are avoided by the relative inaccessibility of the two electrodes.
  • Another result obtained by the device according to the invention resides in the fact that the batteries do not debit any current outside of the scheduled operating periods.
  • this device allows the testing of the device under its dependence before use, and can be protected against accidental trips outside of its intended use.
  • the feeding device shown in fig. 1 includes a sealed and closed casing 1 containing the two circuits with the exception of electrodes 2 and 3. It comprises a first circuit comprising the electrodes 2 and 3, a voltage source 5a and the coil 4b of a first relay 4.
  • the second circuit comprises in series the contact 4a of the first relay 4, a second power relay 6 and the voltage source 5b.
  • the relay 6 is connected by output terminals 7a, 7b to any device 7 to be supplied and has a low internal resistance of the order of 20 to 50 ohms; relay 6 allows the breaking of a current of the order of 10 to 12 A.
  • Relay 4 has a large internal resistance of the order of 300 to 2000 ohms and can be of low power, its contact 4a having to ensure the interruption of a current of a few milliamps (about 20). At rest, that is to say in the absence of conductive liquid between the two electrodes, the potential difference at the edge of the coil 4b of the relay 4 is zero; contact 4a is therefore open and voltage U is zero. The same is true for relay 6.
  • the operation of the supply device is as follows. When the two electrodes are immersed in a liquid, even a weakly conductive liquid, for example sea water, a current is established therein which closes the first circuit comprising the source 5a and the coil 4b. If the difference between the voltage Vo and the voltage drop V between the electrodes 2 and 3 is greater than the tripping threshold of the relay 6, the contact 4a closes and the voltage V is then equal to the voltage Vo. The closure of the contact 6b of the relay 6 is therefore controlled; the device 7 is automatically supplied and has all the voltage Vo available at the terminals of the sources 5a and 5b.
  • this section can be assimilated as a first approximation to a resistance R.
  • the batteries do not deliver any current, which is advantageous when the power source must be stored for a very long time, for example 5 to 10 years depending on the type. batteries (especially lithium batteries). It has been determined that the storage time is practically equal to the useful life of the batteries 5. It can therefore be seen that the technology of electromagnetic relays used in this technical sector has greater advantages than that of semiconductor devices.
  • the combination of the two relays 4 and 6 makes it possible to avoid amplification of the current and therefore eliminates any leakage current due to the use of semiconductor amplifiers; the supply device can be easily tested by establishing contact between the two electrodes without any immersion. For this, it suffices to fill the cavity 14 with a conductive liquid or by interposing a conductive wire between the electrodes.
  • the two relays 4a and 6a open as soon as the connection of the two electrodes is interrupted.
  • the supply device according to the invention can be used in combination with a recording or transmitting device to detect the presence of liquid and more generally to equip signaling buoys, distress buoys, underwater mines etc. ..

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  • Primary Cells (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

  • Le secteur technique de la présente invention est celui des dispositifs d'alimentation électrique amorçables dans un liquide d'immersion.
  • On connaît de nombreux dispositifs électriques amorçables dans un liquide d'immersion qui utilisent soit une batterie directement amorçable par le liquide, soit un interrupteur sensible à la pression. Dans le premier cas, il s'agit d'une pile électrolytique à l'eau de mer qui ne produit un courant que lorsqu'elle est immergée. Cependant, des piles de ce type peuvent présenter, même pendant le stockage, des caractéristiques de décharge indésirables pour la mise à feu d'un détonateur par exemple et sont constituées principalement d'argent ce qui augmente le coût de ces dispositifs. De plus, il n'est pas question d'envisager le désamorçage de la pile. Dans l'autre cas, il s'agit des interrupteurs, décrits par exemple dans le brevet FR-A-2 008 865, qui comprennent un tube capillaire au fond duquel sont disposées deux électrodes. Le contact entre ces deux électrodes est réalisé à une certaine profondeur d'immersion et permet le passage d'un courant faible qui doit être amplifié par un dispositif à semi-conducteur pour faire fonctionner le dispositif annexe. Le principal inconvénient de ce dispositif réside dans l'existence de courants de fuite, dus au semi-conducteur, qui traversent le dispositif à initier d'une part et qui déchargent la pile au bout d'une certaine durée de stockage d'autre part. On conçoit que cet interrupteur manque de fiabilité et ne permet pas de stocker suffisamment longtemps des bouées de signalisation, des mines équipées de celui-ci etc...
  • Le but de la présente invention est de fournir un dispositif d'alimentation électrique permettant d'obvier aux inconvénients précités en proposant un dispositif amorçable dès l'immersion dans un liquide, dans lequel n'apparaît aucun courant de fuite et dont l'amorçage est interrompu dès la disparition du liquide d'immersion.
  • L'invention a donc pour objet un dispositif d'alimentation électrique, amorçable dans un liquide d'immersion par l'intermédiaire de deux électrodes, caractérisé en ce qu'il comprend:
    • - un premier circuit, dit de commande, comportant les deux électrodes en série avec une première source de tension et la bobine d'un premier relais;
    • - un deuxième circuit comportant, en série, le contact de commande du premier relais, la bobine d'un deuxième relais, une deuxième source de tension et le contact de commande.du deuxième relais, le deuxième circuit étant relié aux bornes d'un circuit externe d'utilisation;
    • - les première et deuxième sources de tension étant reliées en série entre elles et aux bornes du circuit externe d'utilisation, le fonctionnement du dispositif étant tel que lorsque les électrodes sont immergées dans un liquide conducteur un courant s'établit dans le premier circuit, le contact de commande du premier relais se ferme, le deuxième relais est déclenché et la tension aux bornes du circuit externe d'alimentation devient égale à la somme des tensions des premières et deuxième sources de tension.
  • Le dispositif selon l'invention peut comporter un boîtier étanche renfermant les deux circuits et présentant une cavité ouverte vers l'extérieur, au fond de laquelle sont fixées les deux électrodes.
  • Les électrodes peuvent être constituées par des pièces conductrices dont leur surface et leur écartement sont définis par la relation:
    Figure imgb0001
    dans laquelle
    • Vo représente la tension de la source, 1 l'écartement des deux électrodes,
    • Uo le seuil de déclenchement du relais, s la surface d'une électrode,
    • R' la résistance de la bobine,
    • a la conductivité de l'ensemble électrodes-liquide d'immersion.
  • Les électrodes peuvent être réalisées sous forme de vis métalliques fixées au boîtier présentant une surface de 320 mm2, et situées environ à 12 mm l'un de l'autre.
  • Les électrodes peuvent être soumises à un traitement de surface pour améliorer leur conductivité.
  • Les électrodes peuvent être séparées par une paroi isolante de hauteur supérieure à celle des électrodes.
  • La première source peut avoir une tension inférieure à celle de la seconde source.
  • Le premier relais peut avoir une résistance interne grande, de l'ordre de 300 à 2000 ohms et second relais une faible résistance interne de l'ordre de 20 à 50 ohms.
  • Un résultat procuré par le dispositif selon l'invention réside dans le fait que la mise en fonctionnement est déclenchée automatiquement par la présence d'un liquide, même faiblement conducteur, garantissant une grande sécurité tant en fonctionnement de l'appareil mis sous sa dépendance que hors fonctionnement dudit appareil. Les fonctionnements intempestifs hors liquide sont évités par l'inaccessibilité relative des deux électrodes.
  • Un autre résultat réside dans le fonctionnement indépendant de la pression hydrostatique.
  • Un autre resultat procuré par le dispositif selon l'invention réside dans le fait que les piles ne débitent aucun courant en dehors des périodes de fonctionnement prévues.
  • En outre, ce dispositif permet le test de l'appareil mis sous sa dépendance avant emploi, et peut être protégé contre des déclenchements fortuits en dehors de son utilisation prévue.
  • D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'illustration en relation avec les dessins dans lesquels:
    • la fig. 1 est une représentation schématique du dispositif d'alimentation selon l'invention,
    • la fig. 2 représente un exemple de réalisation du dispositif,
    • la fig. 3 est une vue de dessus d'un exemple de réalisation des électrodes.
  • Le dispositif d'alimentation représenté sur la fig. 1 comprend un boîtier 1 étanche et fermé, renfermant les deux circuits à l'exception des électrodes 2 et 3. Il comprend un premier circuit comportant les électrodes 2 et 3, une source de tension 5a et la bobine 4b d'un premier relais 4. Le second circuit comporte en série le contact 4a du premier relais 4, un second relais de puissance 6 et la source de tension 5b. Le relais 6 est connecté par des bornes de sortie 7a, 7b à un dispositif 7 quelconque à alimenter et a une résistance interne faible de l'ordre de 20 à 50 ohms; le relais 6 permet la coupure d'un courant de l'ordre de 10 à 12 A. Le relais 4 a une résistance interne grande de l'ordre de 300 à 2000 ohms et peut être de faible puissance, son contact 4a devant assurer la coupure d'un courant de quelques milliampères (20 environ). Au repos, c'est à dire en l'absence de liquide conducteur entre les deux électrodes, la différence de potentiel au bord de la bobine 4b du relais 4 est nulle; le contact 4a est donc ouvert et la tension U est nulle. Il en est de même au niveau du relais 6.
  • Le fonctionnement du dispositif d'alimentation est le suivant. Lorsque les deux électrodes sont immergées dans un liquide même faiblement conducteur, par exemple l'eau de mer, il s'établit dans celui-ci un courant qui ferme le premier circuit comprenant la source 5a et la bobine 4b. Si la différence entre la tension Vo et la chute de tension V entre les électrodes 2 et 3 est supérieure au seuil de déclenchement du relais 6, le contact 4a se ferme et la tension V est alors égale à la tension Vo. La fermeture du contact 6b du relais 6 est donc commandée; le dispositif 7 est automatiquement alimenté et dispose de toute la tension Vo disponible aux bornes des sources 5a et 5b.
  • Sur la fig. 2, on a représenté un exemple de réalisation dans lequel le boîtier 1 renferme 15 piles de 3 volts chacune, les relais 4 et 6 ainsi qu'un circuit imprimé 8 permettant de réaliser la connection des éléments précités avec les electrodes 2 et 3. Le circuit imprimé 8 comprend:
    • - une borne 9 reliée au pôle positif du groupe de piles 5a, au pôle négatif du groupe de piles 5b, à l'une des bornes de la bobine 4b du relais 4 ainsi qu'à l'une des bornes de la bobine 4b du relais 4 ainsi qu'à l'une des bornes de la bobine 6b du relais 6,
    • - une borne 10 reliée au pôle négatif du groupe de la pile 5a, au contact mobile 4a du relais 4, à l'électrode 2 ainsi qu'à la borne d'utilisation 7b,
    • - une borne 11 reliée au pôle positif du groupe de piles 5b ainsi qu'au contact fixe 6a du relais 6,
    • - une borne 12 reliée au contact mobile 6a du relais 6 ainsi qu'à la borne d'utilisation 7a,
    • - une borne 13 reliée à l'autre borne de la bobine 4b du relais 4 ainsi qu'à l'électrode 3.
  • Le boîtier 1 comporte une cavité 14 ouverte vers l'extérieur dans laquelle sont placées les électrodes. Ces dernières sont séparées par une cloison isolante 15 de protection. Sur les figures 2 et 3 on voit que ces électrodes 2 et 3 sont réalisées facilement à l'aide de boulons à six pans creux. La surface des électrodes est définie de telle sorte que la résistance de contact soit négligeable devant la résistance du liquide. On peut se ramener à un tronçon de liquide conducteur dont:
    • - la section (s) est la surface de chaque électrode,
    • - la longueur (I) est la distance entre les 2 électrodes,
    • - la conductivité (o) dépend de la nature du liquide.
  • Dans le cas où la résistance de contact liquide- électrode peut être négligée (exemple argenture des électrodes) on peut assimiler en première approximation ce tronçon à une résistance R.
    Figure imgb0002
  • Dans ces conditions si R' est la résistance de la bobine du relais 4 et Uo sont seuil de déclenchement, la tension des piles 5a devra être telle que:
    Figure imgb0003
  • A titre d'illustration, et à température ambiante si Vo = 9 V, Uo = 3,5 V, a = 0,75 ohm-1 x m-1, R' = 380 ohms, I = 12 mm on obtient une surface d'électrode de 320 mm2. La tension nécessaire à la fermeture du circuit est de l'ordre de 3,1 Volts. Lorsque la température d'utilisation s'abaisse, par exemple à - 20°C, la tension Vo reste toujours à un niveau suffisant pour fermer le contact 4a. On voit que le déclenchement du relais du premier circuit est assuré par une source de faible tension, ce qui permet d'utiliser un relais 4 basse performance. Par contre, le dispositif 7 peut être alimenté par une source de forte tension égale à la somme des tensions des sources 5a et 5b.
  • Il est à noter qu'en l'absence de conducteur entre les électrodes 2 et 3, les piles ne débitent aucun courant, ce qui est avantageux lorsque la source d'alimentation doit être stockée très longtemps, exemple 5 à 10 ans selon le type de piles (en particulier piles au lithium). On a déterminé que la durée de stockage est pratiquement égale à la durée de vie utile des piles 5. On voit donc que la technologie des relais électromagnétiques utilisée dans ce secteur technique des avantages supérieurs à celle des dispositifs à semi-conducteurs.
  • La combinaison des deux relais 4 et 6 permet d'éviter l'amplification du courant et supprime de ce fait tout courant de fuite dû à l'utilisation d'amplificateurs à semi-conducteurs; le dispositif d'alimentation peut être facilement testé en établissant le contact entre les deux électrodes en dehors de toute immersion. Pour cela, il suffit de remplir la cavité 14 avec un liquide conducteur ou en interposant un fil conducteur entre les électrodes. Les deux relais 4a et 6a s'ouvrent dès que la connection des deux électrodes est interrompue. Ainsi, le dispositif d'alimentation selon l'invention peut être utilisé en combinaison avec un appareil enregistreur ou émetteur pour détecter la présence de liquide et plus généralement pour équiper les bouées de signalisation, les bouées de détresse, les mines sous-marines etc...

Claims (11)

1. Dispositif d'alimentation électrique, amorçable dans un liquide d'immersion par l'intermédiaire de deux électrodes (2, 3), caractérisé en ce qu'il comprend:
- un premier circuit, dit de commande, comportant les deux électrodes (2, 3) en série avec une première source de tension (5a) et la bobine (4b) d'un premier relais (4);
- un deuxième circuit comportant, en série, le contact de commande (4a) du premier relais(4), la bobine (6b) d'un deuxième relais (6), une deuxième source de tension (5b) et le contact de commande (6a) du deuxième relais (6), le deuxième circuit étant relié aux bornes (7a, 7b) d'un circuit externe d'utilisation (7);
- les première (5a) et deuxième (5b) sources de tension étant reliées en série entre elles et aux bornes (7a, 7b) du circuit externe d'utilisation (7),
le fonctionnement du dispositif étant tel que lorsque les électrodes (2, 3) sont immergées dans un liquide conducteur un courant s'établit dans le premier circuit, le contact de commande (4a) du premier relais se ferme, le deuxième relais est déclenché et la tension aux bornes (7a, 7b) du circuit externe d'alimentation devient égale à la somme des tensions des premières (5a) et deuxième (5b) sources de tension.
2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (1) étanche renfermant les deux circuits et présentant une cavité ouverte (14) vers 25 l'extérieur au fond de laquelle sont fixées les deux électrodes (2, 3).
3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes (2, 3) sont constituées par des pièces conductrices dont leur surface (s) et leur écartement (I) sont 30 définis par la relation:
Figure imgb0004
dans laquelle
Vo représente la tension de la source (5a),
Uo le seuil de déclenchement du relais (4),
R' la résistance de la bobine (4b),
o la conductivité de l'ensemble électrodes-liquide d'immersion.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les électrodes (2, 3) sont réalisées sous forme de vis métalliques fixées au boîtier (1), présentant une surface de 320 mm2, et situées environ à 12 mm l'une de l'autre.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les électrodes (2,
3) sont soumises à un traitement de surface pour améliorer leur conductivité.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes (2, 3) sont séparées parune paroi isolante (15) de hauteur supérieure à celle des électrodes.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source (5a) a une tension inférieure à celle de la source (5b).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le relais (4) a une résistance interne, de l'ordre de 300 à 2000 ohms, et le relais (6) une résistance interne de l'ordre de 20 à 50 ohms.
9. 'Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 à l'activation des bouées immergeables.
10. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendicaions 1 à 8 à la détection de la présence d'un liquide.
EP84402246A 1983-11-22 1984-11-08 Dispositif d'alimentation électrique amorçable par un liquide Expired EP0144260B1 (fr)

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EP0144260A1 EP0144260A1 (fr) 1985-06-12
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US4628401A (en) 1986-12-09
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