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Perfectionnements aux appareils de surveillance.
L'invention concerne les appareils de surveillance amé- liorés, notamment les systèmes sensibles à une condition ambiante, du genre de ceux utilisés pour la surveillance des flammes de brû- leurs; elle concerne spécialement des moyens permettant de vérifier, dans de tels systèmes, le fonctionnement sûr de l'organe sensible et des circuits convertisseurs du signal.
Dans les systèmes sensibles à une condition ambiante, du type utilisé pour la surveillance de la flamme à l'intérieur d'une chambre de combustion, il est souhaitable que le système surveillant la flamme réagisse très rapidement à la présence ou à l'absence de la flamme pour que le robinet ou vanne de combustible soit formé rapidement et empêche l'accumulation d'une quantité excessive de com-
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bustible non enflammé dans la chambre de combustion en l'absence de flamme.
On connaît déjà des systèmes sensibles aux flammes et ayant la rapidité de réponse désirable à la présence ou à l'absence de la flamme, mais ces systèmes connus comprennent des composants susceptibles de défaillance et qui peuvent induire le détecteur ou système surveillant la flamme à indiquer faussement la présence de la flamme.
Quand une défaillance de ce genre se produit dans un système chargé de la surveillance de la flamme à l'intérieur d'une chambre de combustion, une condition d'insécurité peut s'établir si le système continue, en cas d'extinction de la flamme, à réagir comme s'il y avait une flamme en permettant l'introduction ininter- rompue de combustible brut dans le foyer. Le combustible accumulé peut faire explosion, avec des conséquences désastreuses, soit sous l'effet de la chaleur des parties réfractaires, soit à la suite d'un essai de réallumage du brûleur par exemple.
Certaines normes industrielles spécifient que les détecteurs de flamme agréés doivent fonctionner avec un délai maxi- mum de quatre secondes entre l'extinction de la flamme et l'arrêt du débit de combustible pénétrant dans la chambre de combustion placée sous surveillance. Les montages de vérification qui vérifient le fonctionnement du système en simulant une extinction de la flamme. doivent, par conséquent, accomplir, dans cette durée, un cycle complet, depuis l'ouverture du relais de flamme jusqu'à sa fermeture à nouveau.
Bien que des montages de vérification aient été conçus pour des détecteurs de flamme fonctionnant à la fréquence du réseau,' tels que des sondes ou des cellules photo-électriques, aucun montage de vérification commercialement apprécié n'a été, jusqu'à présent, conçu pour des circuits de réponse à fréquence inférieure, comme ceux du type à "flamme vibrante" incorporés dans les circuits de contrôle de flamme utilisant un détecteur de radiation infrarouge' du type au sulfure de plomb, qui fonctionne avec un signal dont la
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fréquence est de l'ordre de 5 à 25 cycles par secondes ou hertz.
En conséquence, l'invention a pour objet : - un système amélioré sensible à une condition ambiante comprenant un montage de vérification ou contrôle grâce auquel le fonctionnement correct du système sensible est régulièrement vérifié afin d'avoir l'assurance que ledit système n'indique pas faussement la présence de la condition à laquelle il est sensible; - un système détecteur de flamme nouveau et amélioré, particulièrement utile avec des détecteurs de flamme sensibles aux radiations infrarouges.
L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide de la description détaillée ci-après de modes de réalisa- tion préférés de celle-ci, description faite avec référence aux dessins annexés sur lesquels : la fig. 1 est un schéma d'un système sensible à une condition ambiante, construit conformément à la présente invention pour être utilisé dans un appareil de surveillance de la combustion; la fig. 2 est un diagramme indiquant l'évolution dans le temps des états de différents composants du système de contrôle de la fig. 1 au cours d'un cycle de fonctionnement; la fig. 3, enfin, est un schéma du circuit d'un second système de contrôle de combustion construit conformément à la pré- sente invention.
Sur la fig. 1, la référence 10 désigne la flamme d'un brûleur à mazout dans une chambre à combustion qui est placée sous surveillance. Un détecteur de flamme 12 constitué par une cellule au sulfure de plomb, est disposé en face ou en regard de la flamme, un volet ou pale 14, continuellement entraîné en rotation par un moteur 16 à un tour/sec., étant placé entre la flamme 10 et le détecteur 12. Le volet qui s'étend suivant un arc de cercle d'envi- ron 1800 est opaque aux radiations auxquelles le détecteur 12 est sensible et, quand il est interposé entre la flamme et le détecteur, il simule, pour ce dernier, l'extinction de la flamme. D'autres appareils opérant cycliquement peuvent aussi être employés pour simuler à intervalle réguliers l'extinction de la flamme.
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Le détecteur au sulfure de plomb 12 est relié au moyen de conducteurs 18 et 20 à un circuit sélecteur de fréquence du type décrit dans le brevet n 2.811.711 déposé le 19 mai 1951 aux Etats-Unis d'Amérique.
Le conducteur 18 est égalemei, relié, à travers une résistance de charge 22, à une source de courant continu à haute tension fourni par la diode 24 et une série de condensateurs de fil- trage des ondulations à partir d'une prise intermédiaire sur l'en- roulement secondaire 26 d'un transformateur 28. L'enroulement pri-- maire (non représenté) de ce dernier est branché par des moyens classiques à une source alternative de 120 volts.
Le circuit sélecteur de fréquence est un amplificateur électronique à forte impédance d'entrée qui comprend deux étages amplificateurs 30, 32j le condensateur 34 de couplage d'entrée et les condensateurs 36 et 38 de couplage entre étages coopèrent avec des circuits de réaction capacitifs 40, 42, 44, 46 pour constituer un circuit amplificateur sélectif à bande passante centrée sur 10 hertz, qui ne transmet pratiquement que les signaux compris dans la bande de fréquence de 5 à 25 hertz.
Le signal de sortie, en provenance du condensateur de couplage 38 est appliqué à travers un circuit intégrateur, qui comprend une diode 50, un condensateur 52 et une résistance 54, à un circuit bistable à tubes à vide. Une polarisation négative est appliquée au point commun 56 du circuit intégrateur, par l'intermé- diaire d'une diode 58, à partir d'une prise 60 (qui débite une ten- sion de 12 v) de l'enroulement secondaire 26, la tension de chauf- fage des filaments étant également fournie par cette prise. Ce montage maintient la triode de l'étage 62 du circuit bistable en position de blocage en l'absence d'une charge suffisante sur le condensateur 52 pour vaincre la polarisation négative appliouée par la diode 58 au point 56.
Un second étage 64 comprend une triode dont la cathode 66 est reliée par une résistance 68 à l'anode 70 de la triode de l'étage 62. La grille 72 de la triode de l'étage 64 est reliée
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directement à l'anode 70 et un condensateur 74 est placé entre la cathode 66 et la grille 72.
L'anode 76 de l'étage 64 est connectée par une résistance de charge 78 à une seconde source de courant continu à haute ten- sion fournie par l'enroulement secondaire 26 à travers une diode 80 et un condensateur 82.
L'extrémité inférieure de la résistance de charge 78 est' branchée à une armature d'un condensateur 84 chargé d'emmagasiner une certaine charge électrique. L'autre armature du condensateur 84 est reliée, d'une part à un interrupteur de commande du circuit de charge électrique constitué par une diode 86 et, d'autre part, à un interrupteur de commande de transfert de charge électrique consti- tué par une diode 88. Entre ces diodes, un condensateur 90 est branché en parallèle avec le bobinage d'un relais 92 qui est maintes en position fermée aussi longtemps que la charge du condensateur 90 dépasse une valeur prédéterminée.
Une self d'arrêt 94 est placée entre la diode 85 et l'extrémité supérieure de la résistance 78 ; la self d'arrêt 94 présente une impédance élevée au courant alterna- tif qui résulterait par exemple de la défaillance du condensateur de filtrage 82 branché sur la source d'énergie et qui, en l'absence de la self 94, pourrait faire fermer le relais de flamme; cette self d'arrêt 94 apporte ainsi une marge supplémentaire de fiabilité au circuit.
En fonctionnement, quand le système est prêt à entrer en action, la polarisation négative à travers la diode 58 maintient l'étage 62 en état de blocage non conducteur, et l'étage 64 à l'état conducteur : une chute de tension est produite à travers la résistance 78 et le courant en résultant traverse la diode 86 et charge le condensateur 84. Quand le détecteur 12 reçoit de la flamme 10 des radiations infrarouges, sa résistance change, de sorte qu' une impulsion de tension est appliquée par l'intermédiaire des con- ducteurs 18 et 20 à l'amplificateur passe-bande.
On a constaté que les radiations infrarouges d'une flamme de combustion varient à une "fréquence fibrante" entre 5 et 25 cycles par seconde; comme l'amplificateur est accordé sur 10 cycles par seconde,
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il laisse passer à travers le condensateur 38 un signal correspon- dant auxdites radiations. Les alternances ou demi-périodes positives de ce signal traversent la diode 50 et chargent le condensateur 52.
Les capacités des condensateurs 38 et 52 sont appropriées l'une à l'autre (leur valeur typique étant pour le condensateur 38 de 0,022 microfarad et pour le condensateur 52 de 1,0 microfarad, de sorte que deux ou plusieurs impulsions de la flamme fibrante sont nécessaires pour charger le condensateur 52 à un potentiel suffisant pour contrebalancer la polarisation négative et délivrer un signal à travers la résistance de grille 54 et débloquer l'étage 62. La durée des impulsions de la flamme vibrante par rapport à la. conduction de l'étage 62 est représentée à la fig. 2.
Quand la triode de l'étage 62 devient conductrice, le courant qui la traverse charge le condensateur 74, de sorte que la grille 62 de la triode de l'étage 64 devient négative par rapport à la cathode 66 et l'étape 64 cesse d'être conducteur après une certai- ne durée ainsi qu'on l'a indiqué à la figure 2. Pendant que l'étage 64 était conducteur, la chute de tension produite à travers la résistance 78 permettait au condensateur 84 de se charger complète- ment avec la polarité indiquée à travers le circuit comprenant la diode 86 et la bobine 94.
Quand l'étage 54 cesse d'être conducteur, la chute de.tension à travers la résistance de charge 78, qui avait maintenu le potentiel de charge du condensateur 84, prend fin, et l'inversion de potentiel qui en résulte fait que la diode 86 est sou- mise à une tension inverse. I.a diode 88 de polarité opposée à la précédente laisse passer une partie de la charge du condensateur 84 et la transfère au condensateur 90, selon leurs capacités relatives.
Les valeurs convenables de ces capacités sont de 40 microfarads chacune. La charge transférée au condensateur 90 atteint un poten- tiel suffisant pour exciter le solénoïde 92 du relais de flarme et attirer l'armature de ce relais qui ferme les contacts 96 qui ali- mentent un indicateur ou une autre charge convenable 98. Le conden- sateur 90 commence à se décharger à la fois à travers le solénoïde 92 et la self 94, mais les paramètres du circuit sont tels que le
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relais de flamme reste en position fermée pendant approximativement trois secondes.
Pour recharger le condensateur 84, il est nécessaire que l'étage 64 devienne à nouveau conducteur ce qui se produit quand l'étage 62 devient non conducteur. Ceci a lieu quand cesse le signal pulsatoire du circuit sélecteur de fréquence, à cause, soit d'une extinction réelle de la flamme, soit d'une extinction simulée provoquée par le volet 14. Comme on peut le voir sur la fig. 2, ceci se produit chaque seconde et dure environ une demi-seconde.
Aussitôt que le signal d'entrée à 10 Hz pour le circuit sélecteur de fréquence est interrompu, le signal de sortie cessa également et le potentiel de polarisation négative devient supérieur à la charge résiduelle du condensateur 52, de sorte que l'étage 62 cesse de conduire, et l'étage 64 devient conducteur. La décharge exponen- tielle du condensateur 84 est convertie en une charge exponentielle, mais la diode 88 interrompt le circuit de sorte que la charge du condensateur 90 est sensiblement non affectée. Le circuit retrouve rapidement son état initial et le volet cesse de simuler une extinction de flamme.
Le circuit, dont la réponse est retardée par rapport aux signaux de la "flamme vibrante", transfère à nouveau une charge électrique provenant du condensateur 84 pour compléter la charge du condensateur 90 de sorte que le relais de flamme main- tient fermés les contacts 96 et que la charge 98 reste alimentée.
Si une extinction de flamme se produit, le condensateur 52 est rapidement déchargé de sorte que l'étage 62 demeure bloqué tandis que l'étage 64 devient conducteur. Comme la charge du con- densateur 90 n'est pas régulièrement complétée, son potentiel tombe en dessous du potentiel nécessaire au maintien du relais de flamme à l'état fermé et les contacts 96 s'ouvrent, coupant l'alimenta- tion de la charge.
Toutefois, si la défaillance d'un composant , amenait le circuit sélecteur de fréquence à continuer la charge de la capacité 52, par exemple, l'étage 64 serait maintenu bloqué, de sorte que les condensateurs 84 et 90 se déchargeraient ensemble et le relais de flamme reviendrait à nouveau au repos à l'état ouvert
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moins de trois secondes après la défaillance dit composant.
La fréquence et la durée des extinctions de flamme simulées sont en rapport à la fois avec la fréquence du signal d'entrée provenant de la flamme et avec le retard de réponse permis au système, la fréquence du simultateur (un Hz) étant inférieure à la plus basse fréquence de la flamme à laquelle le système répond (5 Hz) mais supérieure au retard de réponse du système (1/3 de Hz, exprimé en fréquence), alors que la durée d'extinction simulée de la , flamme est effectivement supérieure à la moitié de chaque cycle du simulateur (plus d'une l/2 seconde). Ce système et la synchronisa- tion des différents organes fournissent pour la première fois un montage de vérification des composants destiné à un système de sur- veillance de flamme à réponse rapide basé sur le principe de la flamme vibrante.
Bien que le système possède tous les avantages par- ticuliers des montages de ce genre, son emploi n'est pas limité à ces derniers. Il peut, par exemple, être également utilisé dans .' les.systèmes du type représenté surla fig. 3 sur,laquelle un détec- teur 112 du type à avalanche est placé pour recevoir les radiations d'une flamme 110 dans une chambre de combustion. Un volet 114 du même typé que le volet 14 de la fig. 1 est disposé entre la flamme 110 et le détecteur 112; il est entraîné continuellement par un mo- teur 116, de sorte qu'il est interposé régulièrement entre la flamme 110 et le détecteur 112.
Ce dernier est branché en série avec l'enroulement se- -condaire 118 d'un autotransformateur, une faible résistance limi- tant le courant pouvant être montée en série avec le détecteur.
L'autotransformateur est alimenté à partir d'une source d'énergie classique branchée aux bornes 122 en série avec une paire de bobines
124, 126 et une résistance 128. Un condensateur 130 est placé en parallèle avec la source. Lorsqu'une décharge par avalanche se pro- duit dans le détecteur en réponse aux radiations produites par la flamme 110, l'impulsion de courant dans le circuit secondaire est transférée par induction dans le circuit primaire du transformateur.
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Les bobines 124, 126 présentent une Impudence plus grande à cette impulsion qu'au signal d'excitation 50 Hz du transformateur et, par suite, ce signal est transmis par l'une des diodes 132 (selon la polarité de l'impulsion) au conducteur de sortie 134.
Sur ce con- ducteur est broché un circuit sélecteur de fréquence qui comprend un thyristor (diode contrôlée au silicium) 136 dont l'électrode de com- mande 138 est reliée à un circuit d'entrée comprenant un conden- sateur 140 et des résistances 142, 144. Sur l'électrode de commande 138 est appliquée à partir de la source d'énergie (à travers une diode 146 et une résistance 148), une polarisation continue, qui maintient ladite électrode de commande à un potentiel légèrement négatif par rapport à la cathode du thyristor 136, Lorsque l'électro- de de commande 138 reçoit une impulsion relativement rapide,
ce thyristor devient conducteur et applique un échelon de tension à la base de commande d'un transistor 150 pour bloquer celui-ci.
Quand le transistor est conducteur, une chute de tension se produit dans une résistance de charge 178, de sorte qu'un condensateur 184est chargé à travers une diode 186 et une inductance 194. Le transistor 150 est normalement conducteur grâce à la polarisation positive de sa base 152 par rapport à son émetteur. Il en résulte une chute de tension dans la résistance de charge 178, ce qui permet au condensateur 184 d'être chargé à travers la diode 186 et l'inductance 194.
Quand le transistor devient non conducteur, par suite de l'état non conducteur du thyristor 136, la chute de tension à travers la résistance 178 cesse, ce qui fait que le poten- .tiel de l'armature gauche du condensateur 184 s'élève d'une façon similaire à l'accroissement du potentiel de l'armature droite de ce même condensateur de sorte que la diode 186 est soumise à une ten- .sion inverse et la diode 188 à une tension directe. De ce fait, une partie de la charge du condensateur 184 est transférée au conden- sateur 190 jusqu'à une valeur suffisante pour exciter le solénoïde 192 du relais de flamme et fermer les contacts 196 pour déclencher l'appareil de charge 198 (un indicateur ou une électrovanne à mazout par exemple).
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Quand le volet 114 est interposé entre la flamme 110 et le détecteur 112, les impulsions de sortie, maintenant active l'électrode de commande 138 du thyristor 136, cessent, ce qui permet l'ouverture de ce thyristor. Le transistor 150 devient alors conducteur pendant une période qui dépasse la durée de l'extinction simulée de la flamme produite par l'interposition du volet 114 entre la flamme 110 et le détecteur 112 et il complète la charge du condensateur 184 pendant que le condensateur 190 est isolé de ce circuit de charge.
Quand le détecteur 112 voit à nouveau la flamme 110, la diode contrôlée au silicium 136 est rendue à nouveau conductrice et met hors circuit le transistor 150 produisant un transfert de la charge du condensateur 184 au condensateur 190 en complétant la charge de ce dernier, de sorte que les contacts du relais de flamme restent fermés.
Comme dans le cas de la réalisation de la fig. 1, si le circuit, par suite d'une extinction de la flamme ou d'une défaillan- ce d'un composant, ne fait pas régulièrement passer le transistor de commutation 150 de son état conducteur à son état non conducteur et inversement, avec une fréquence suffisante pour maintenir le rapport nécessaire de la charge emmagasinée par le condensateur 190 par rapport au solénoïde 192, le relais de flamme n'est plus excité et ouvre les contacts 196, ce qui désexcite l'appareil de charge 198.
Bien qu'une réalisation préférée de l'invention et cer- taines modifications possibles aient été représentées et décrites, d'autres modifications également réalisables apparaîtront à l'homme de l'art. Il est entendu par conséquent que l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, ni aux détails de celles-ci, et que des changements peuvent lui être apportés sans sortir de l'es- prit et du cadre de l'invention.