WO1990007169A1 - Detecteur de gaz de combustion par ionisation - Google Patents

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Jean Collard
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Etablissements Morrison & Co
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    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to an ionization combustion gas detector.
  • the latter generally comprise at least one ionization chamber traversed by a current which varies as a function of the gases which pass through it.
  • a simple and known assembly consists in placing the two chambers along two adjacent branches of a Wheatsto ⁇ e bridge and triggering the alarm system when the bridge, after adjustment, suffers an imbalance.
  • a detector according to the invention is remarkable in that each radioactive source is in the form of a plate of a material of very low radioactivity per unit area.
  • the inventor was able to select some of them and in particular those which emanate from radon or an isotope of radon like the isotopes of radium and more particularly still the thorium 232 which emanates from the thoron and which the inventor claims and recommends to use in the form of metal plate.
  • the platelets can then have their smallest dimension which is at least one millimeter, for a radioactivity lower than a nano-curia.
  • the radioactive sources generally used have been americium 241 and the total radioactive value for the two chambers has been about one micro-curia.
  • the radioactivity of wafer thorium can advantageously be determined in unit area and be, for example, substantially equal to 240 pico-curies / mm 2 (for a band of the order of 1.9 millimeters thick).
  • Such an element also has the advantage of being emissive on its two faces, so that a preferred mode according to the invention is remarkable in that it comprises only one radioactive plate, which is emissive on its two faces and which is arranged between the two chambers, such that said plate is partly obscured on the side of the smaller chamber.
  • the wafer is disposed above an orifice formed on a separating element, which separates the reference and analysis chambers respectively.
  • the common electrode of the chambers is advantageously constituted by the separating element which carries the radioactive plate.
  • FIG. 1 schematically shows in section a detector according to the invention
  • FIG. 2 shows the detail D of FIG. 1, seen along arrow A of said FIG. 1,
  • FIG. 3 is an electronic diagram for controlling the alarm
  • Figure 4 is a diagram of a possible high voltage generator, usable in the diagram of Figure 3.
  • Figure 1 shows schematically a cover 1, which covers a support 2 for a printed circuit (not shown).
  • the support 1 is mechanically and electrically connected by a baluster 3 to a plate 4.
  • the plate 4 supports a casing 5, while the end of the colo ⁇ ette 3 is provided with an electrode 6 held by an insulating ring 7.
  • the casing 5 is provided with an orifice 8 (FIG. 1 and especially 2), formed substantially opposite the electrode 6.
  • a plate 10 which is mounted in slides 11 in a sliding manner, in front of the orifice 8 so as to more or less seal the latter, at will.
  • the cover 1 is partly perforated (not visible in FIG. 1) and its internal volume constitutes the analysis chamber.
  • the casing 5 constitutes a common connection electrode for the reference and analysis chambers, which are moreover provided with another electrode such as 6, for the reference chamber, the other electrode of the analysis chamber being , for example, formed by the cover 1 itself.
  • the plate 10 which serves to establish a balance, constitutes above all an initial adjustment means, so that it is perfectly possible, after a first adjustment of a detector, to envisage a mass production of detectors each provided with an orifice whose dimensions will have been determined by means of the adjustable detector.
  • chambers A and R are arranged along two adjacent branches of a U / heatstone bridge.
  • the chambers are mounted in series (they can of course be mounted in parallel), the other two branches of the bridge being formed by resistors R 2 and R 3 , as well as a potentiometer PT connected between the two resistors R 2 and R 3 .
  • the common electrode 5 is connected at X to an impedance adapter in the form of an FET transistor whose output X ′ constitutes, with the output Y of the potentiometer PT, the measurement diagonal of the bridge.

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Abstract

L'invention concerne un détecteur de gaz de combustion à ionisation, comportant une chambre de référence (4, 5) et une chambre d'analyse (2, 1) au moins en partie ouverte vers l'extérieur, qui sont pourvues d'une source radioactive et qui sont montées dans un circuit relié à au moins un système d'alarme de manière que celui-ci soit actionné par une variation d'impédance de la chambre d'analyse due à la présence de gaz de combustion dans ladite chambre d'analyse. Le détecteur selon l'invention est remarquable en ce que chaque source radioactive se présente sous la forme d'une plaquette (9) d'un matériau de très faible radioactivité par unité de surface, tel que du thorium 232, qui est avantageusement émissive sur ses deux faces et qui est alors aménagée entre les deux chambres.

Description

Détecteur de gaz de combustion par ionisation.
L'invention concerne un détecteur de gaz de combustion par ionisation.
II existe de nombreux types de détecteurs d'incendie et, notamment, des détecteurs de fumée ou de gaz de combustion.
Ces derniers comportent généralement au moins une chambre d'ionisation parcourue par un courant qui varie en fonction des gaz qui la traversent.
Selon un mode de réalisation connu de détecteur, celui-ci comporte une chambre de référence et une chambre d'analyse au moins en partie ouverte vers l'extérieur, qui sont pourvues d'une source radioactive et qui sont montées dans un circuit relié à au moins un système d'alarme de manière que celui-ci soit actionné par une variation d'impédance de la chambre d'analyse due à la présence de gaz de combustion dans ladite chambre d'analyse. Un tel dispositif est, par exemple, décrit dans les brevets Français 2402256 et 2408837. La chambre d'analyse est en contact avec l'air à analyser, tandis que la chambre de référence est isolée et permet de fournir la compensation nécessaire lors des variations de pression, de température, d'hygrométrie, ...
Un montage simple et connu consiste à disposer les deux chambres selon deux branches adjacentes d'un pont de Wheatstoπe et de déclencher le système d'alarme lorsque le pont, après ajustement, subit un déséquilibre.
On a longtemps cherché une électronique fiable, qui permette de réduire le taux de radioactivité des sources et c'est notamment le cas des brevets précités.
Il est donc devenu possible de réduire la radioactivité et c'est la raison pour laquelle les dimensions des sources ont été de plus en plus réduites.
Toutefois, la réduction de la radioactivité des sources présente maintenant une autre limite, celle de leurs dimensions. Il est en effet nécessaire de pouvoir calibrer les sources afin d'ajuster le pont de mesure en réglant la radioactivité nécessaire dans chaque chambre, celles-ci ayant des dimensions généralement différantes.
L'inventeur à cherché et trouvé une autre solution que la seule réduction des dimensions des sources pour résoudre le problème de la réduction de la radioactivité. L'invention permet, d'une part, d'utiliser des sources de très faible radioactivité et, d'autre part, de régler aisément le système.
Un détecteur selon l'invention est remarquable en ce que chaque source radioactive se présente sous la forme d'une plaquette d'un matériau de très faible radioactivité par unité de surface.
En outre, l'inventeur a résolu un double problème. Tous les matériaux de très faible radioactivité et plus particulièrement ceux à radioactivité naturelle ne permettent pas forcément, du moins de manière suffisante, d'ioniser les chambres. Il fallait donc rechercher et découvrir les bons matériaux. Qui plus est, pour les matériaux susceptibles de provoquer cette ionisation, pour les choisir, il a fallu comprendre et surmonter le fait d'une absence d'ionisation initiale temporaire, de telle sorte qu'au départ aucun matériau de très faible radioactivité ne semble permettre résoudre le problème. L'inventeur a pu en sélectionner certains et notamment ceux qui émanent du radon ou un isotope du radon comme les isotopes du radium et plus particulièrement encore le thorium 232 qui émane du thoron et que l'inventeur revendique et préconise d'utiliser sous forme de plaquette métallique.
Les plaquettes peuvent alors avoir leur plus petite dimension qui est d'au moins un millimètre, pour une radioactivité inférieure à un nano-curie.
Jusqu'à présent, les sources radioactives généralement utili- sées sont en américium 241 et la valeur radioactive totale pour les deux chambres est d'environ un micro-curie. La radioactivité du thorium en plaquette peut avantageusement être déterminée en unité de surface et être, par exemple, sensiblement égale à 240 pico-curies/mm2(pour une bande de l'ordre de 1,9 millimètre d'épaisseur).
Un tel élément présente en outre l'avantage d'être émissif sur ses deux faces, de telle sorte qu'un mode préférentiel selon l'invention est remarquable en ce qu'il ne comporte qu'une seule plaquette radioactive, qui est émissive sur ses deux faces et qui est aménagée entre les deux chambres, de manière telle que ladite plaquette soit en partie occultée du côté de la chambre de plus petite dimension.
De la sorte; avec une plaquette d'environ trois millimètres de diamètre, on obtient, pour une valeur de radioactivité mentionnée ci-avant, une source d'environ 800 pico-curies sur chaque face.
Avantageusement, la plaquette est disposée au-dessus d'un orifice ménagé sur un élément séparateur, qui sépare les chambres respectivement de référence et d'analyse.
De préférence, la plaquette est disposée dans la chambre de plus grande dimension, tandis qu'au moins une de ses dimensions est plus grande qu'au moins l'une des dimensions de l'orifice de l'élément séparateur.
En outre, selon un mode de réalisation, l'orifice est au moins en partie obturable par un moyen réglable. Le moyen réglable comporte, par exemple, une plaquette d'obturation montée mobile devant l'orifice. Ceci permet de calibrer au moins l'une des faces emissives en fonction des dimensions de la chambre correspondante.
Pour un dispositif dans lequel les chambres sont disposées selon deux branches adjacentes d'un pont de mesure et possèdent une électrode commune, l'électrode commune des chambres est avantageusement constituée par l'élément séparateur qui porte la plaquette radioactive.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 montre schématiquement en coupe un détecteur selon l'invention,
- la figure 2 montre le détail D de la figure 1, vu selon la flèche A de ladite figure 1,
- la figure 3 est un schéma électronique de commande de l'alarme,
- la figure 4 est un schéma d'un générateur haute tension possible, utilisable dans le schéma de la figure 3. La figure 1 montre schématiquement un capot 1, qui recouvre un support 2 pour un circuit imprimé (non représenté). Le support 1 est relié mécaniquement et électriquement par une colonnette 3 à une plaque 4.
La plaque 4 supporte un carter 5, tandis que l'extrémité de la coloππette 3 est munie d'une électrode 6 maintenue par une bague isolante 7.
Le carter 5 est muni d'un orifice 8 (figure 1 et surtout 2), ménagé sensiblement en regard de l'électrode 6.
Au-dessus de l'orifice 8, est disposée une plaquette 9, par exemple de thorium 232.
En dessous de la plaquette 9, sur la face intérieure du carter 5, est aménagée une plaquette 10, qui est montée dans des glissières 11 de manière coulissante, devant l'orifice 8 de manière à obturer plus ou moins ce dernier, à volonté.
Le capot 1 est en partie ajouré (de manière non visible sur la figure 1 ) et son volume intérieur constitue la chambre d'analyse.
Le volume délimité entre la plaque 4 et le carter 5 constitue la chambre de référence.
Le carter 5 constitue une électrode commune de connexion pour les chambres de référence et d'analyse, qui sont par ailleurs pourvues d'une autre électrode telle que 6, pour la chambre de référence, l'autre électrode de la chambre d'analyse étant, par exemple, formée par le capot 1 lui-même.
On comprend que la plaquette 9 qui est émissive sur ses deux faces constitue une source radioactive unique pour les deux chambres.
Par ailleurs, il est clair, comme le montre bien la figure 2, qu'il suffit de manoeuvrer la plaquette 10 devant l'orifice 8 pour exposer plus ou moins la chambre de référence (4,5) au rayonnement radioactif.
Dans l'exemple représenté, la chambre d'analyse est plus grande que la chambre de référence et c'est pourquoi la plaquette 9 est disposée dans ladite chambre d'analyse, tandis que sa face tournée vers la chambre de référence peut être en partie occultée par la plaquette 10. Toutefois, cette disposition pourrait être inversée, le tout étant de pouvoir ajuster un système de mesure dont il sera question ci-après.
De plus, il est clair que la plaquette 10, qui sert à établir un équilibre, constitue surtout un moyen de réglage initial, de telle sorte qu'il est parfaitement possible, après un premier réglage d'un détecteur, d'envisager une production en série de détecteurs munis chacun d'un orifice dont les dimensions auront été déterminées au moyen du détecteur réglable.
La figure 3 montre un schéma électronique de montage possible. Les chambres respectivement d'analyse A et de référence R, schémati-sées sur la figure 3, présentent une électrode commune 5 et des électrodes respectivement 1 pour la chambre d'analyse et 6 pour la chambre de référence, pour reprendre les références de la figure 1.
Pour généraliser le dessin, on a représenté deux sources radioactives 9' et 9", disposées dans chacune des chambres, mais il est clair que les sources 9' et 9" peuvent avantageusement être constituées par les deux faces d'une source unique 9 (figures 1 et 2).
Les électrodes 1 et 6 sont respectivement connectées à la masse et sur un générateur haute tension HT, dont il sera question plus en détail ci-après.
Comme le montre la figure 3, les chambres A et R sont disposées selon deux branches adjacentes d'un pont de U/heatstone.
Dans l'exemple représenté, les chambres sont montées en série (elles peuvent bien sûr être montées en parallèle), les deux autres branches du pont étant formées par des résistances R2 et R3, ainsi qu'un potentiomètre PT connecté entre les deux résistances R2 et R3.
L'électrode commune 5 est connectée en X à un adaptateur d'impédance sous forme d'un transistor FET dont la sortie X' constitue, avec la sortie Y du potentiomètre PT, la diagonale de mesure du pont.
Le transistor FET est en outre muni d'une alimentation basse tension M connectée, comme représenté, aussi sur R2 et sur le générateur HT, et d'une résistance R1 à la masse.
La ou les sources radioactives étant faibles, l'impédance des chambres est très élevée de telle sorte que l'équilibre du pont présente une stabilité difficile à maintenir, les chambres étant très sensibles. Pour résoudre ce problème, l'inventeur préconise de disposer un condensateur C1, par exemple d'une valeur d'un micro-farad en parallèle sur la résistance R1 de manière à rapprocher le point X' de la masse à chaque mise en service.
Comme le montre la figure 3, les points X' et Y' sont connectés chacun à l'une des entrées d'un comparateur CP, lui-même branché en sortie sur une alarme S.
Le générateur haute tension HT de la figure 3 peut fonctionner selon le schéma de la figure 4.
La figure 4 montre en effet un générateur haute tension de faible consommation particulièrement bien adapté.
Le générateur représenté sur la figure 4 comporte un oscillateur OS suivi d'une cascade de récupérateurs de tension RT1 à RT3.
Comme le montre la figure 4, chaque récupérateur de tension comporte deux condensateurs et une diode tandis qu'ils sont branchés les uns derrière les autres par l'intermédiaire d'une diode de liaison D1, D2.
La figure 4 montre trois récupérateurs RT1 à RT3 mais il est clair que ce nombre peut être différent. La sortie du dernier récupérateur RT3 fournit la haute tension voulue pour s'intégrer dans le circuit de la figure 3.
Le pont de mesure dé la figure 3 est ajusté au repos avec le potentiomètre PT, mais aussi grâce au calibrage aisé des sources, comme le montrent les figures 1 et 2 puisqu'il suffit de faire plus ou moins coulisser la plaquette 10.
Après les réglages au départ, la présence de gaz de combustion dans la chambre d'analyse entraînera un déséquilibre du pont et le déclenchement du système d'.alarme.
Il est clair toutefois que les schémas électroniques peuvent être tout autre. Les chambres peuvent, par exemple, être montées en parallèle. Il peut y avoir, de manière connue, deux systèmes d'alarme selon le sens de déséquilibre du pont, etc.
En outre, si l'inventeur préconise d'utiliser, à titre d'application nouvelle, du thorium 232 en plaquette ou en bande, avec tous les avantages que cela représente, notamment dus au fait qu'il s'agit d'un élément naturel, contrairement, par exemple, à l'américium 241, il est possible d'imaginer d'utiliser d'autres éléments de faible radioactivité sous forme de plaquettes et notamment tous ceux susceptibles d'émaner un gaz tel que le radon et ses isotopes.
Il est clair aussi que le dispositif représenté en détail à la figure 2 peut être tout autrement, sous forme de diaphragme ou similaire, par exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1) Détecteur de gaz de combustion à ionisation, comportant une chambre de référence (4,5) et une chambre d'analyse (2,1) au moins en partie ouverte vers l'extérieur, qui sont pourvues d'une source radioactive et qui sont montées dans un circuit relié à au moins un système d'alarme (S) de manière que celui-ci soit actionné par une variation d'impédance de la chambre d'analyse due à la présence de gaz de combustion dans ladite chambre d'analyse, détecteur caractérisé en ce que chaque source radioactive se présente sous la forme d'une plaquette (9) d'un matériau de très faible, radioactivité par unité de surface.
2) Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau utilisé est un matériau de très faible radioactivité qui émane du radon ou un isotope du radon.
3) Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise en ce que le matériau utilisé est' du thorium 232.
4) Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plus petite dimension de la plaquette (9) radioactive est d'au moins un millimètre et que la radioactivité du matériau est inférieure à un nano-curie par millimètre carré.
5) Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'une seule plaquette (9) radioactive, qui est émissive sur ses deux faces et qui est aménagée entre les deux chambres, de manière telle que ladite plaquette soit en partie occultée du côté de la chambre de plus petite dimension.
6) Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la plaquette (9) est disposée au-dessus d'un orifice (8) ménagé sur un élément séparateur (5), qui sépare les chambres respectivement de référence et d'analyse.
7) Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaquette est disposée dans la chambre de plus grande dimension (2,1), tandis qu'au moins une de ses dimensions est plus grande qu'au moins l'une des dimensions de l'orifice (8) de l'élément séparateur (5).
' 8) Détecteur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'orifice (8) est au moins en partie obturable par un moyen réglable. 9) Détecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen réglable comporte une plaquette (10) d'obturation montée mobile devant l'orifice (8).
10) Détecteur selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel les chambres sont disposées selon deux branches adjacentes d'un pont de mesure et possèdent une électrode commune, caractérisé en ce que l'électrode commune des chambres est constituée par l'élément séparateur (5) qui porte la plaquette (9) radioactive.
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JPH03504055A (ja) 1991-09-05
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