FR2587799A1

FR2587799A1 - Thermal sensor for the detection of the passage of a thermal front, or for measuring its speed of propagation

Info

Publication number: FR2587799A1
Application number: FR8513979A
Authority: FR
Inventors: Gonzalez Flesca
Original assignee: Charbonnages de France CDF
Current assignee: Charbonnages de France CDF
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1987-03-27
Also published as: FR2587799B1

Abstract

Thermal sensor for the detection of the passage of a thermal front, of the type including two electrically conducting lines each terminated by an output connection and a terminal end, characterised in that these lines 2a, 2e are electrically insulated from each other and are connected over a portion of their length by an insulating sheet 4 made of an organic insulating material which becomes electrically conducting by pyrolysis during the passage of a thermal front and thus short circuits these lines.

Description

L'invention concerne un dispositif capable de détecter le passage d'un front thermique et d'en mesurer avantageusement la vitesse de propagation, ce front thermique se propageant dans une couche de matière combustible, ou dans un milieu ambiant, ou plus généralement dans tout milieu soumis à la propagation d'un front thermique qui se déplace à une certaine vitesse. The invention relates to a device capable of detecting the passage of a thermal front and advantageously measuring its propagation speed, this thermal front propagating in a layer of combustible material, or in an ambient medium, or more generally in any medium subjected to the propagation of a thermal front which moves at a certain speed.

I1 existe une grande variété de détecteurs de front thermique. Les détecteurs d'incendie par exemple donnent l'alarme lorsque la température à laquelle ils se trouvent dépasse un seuil critique en un point donné. There is a wide variety of thermal front detectors. Fire detectors for example give the alarm when the temperature at which they are exceeds a critical threshold at a given point.

D'autre part, il existe un grand nombre de dispositifs de mesure des températures, par exemple des couples thermo-électriques pour les moyennes et les hautes températures; qui donnent soit des indications numériques de température, soit des enregistrements de courbes de température en fonction du temps. C'est ainsi qu'il est possible de contr8ler avec précision le degré d'usure de la paroi d'un four au moyen de plusieurs thermo-couples disposés à diverses profondeurs dans la paroi, et donnant chacun une courbe tracée sur un enregistreur. On the other hand, there are a large number of temperature measurement devices, for example thermoelectric couples for medium and high temperatures; which give either digital indications of temperature, or recordings of temperature curves as a function of time. This is how it is possible to precisely control the degree of wear on the wall of an oven by means of several thermocouples arranged at various depths in the wall, and each giving a curve drawn on a recorder.

Le but de la présente invention est de mettre à la disposition de l'utilisateur un appareil capable de détecter le passage d'un front thermique, voire d'en mesurer la vitesse de propagation, qui soit très simple et bon marché tout en assurant une fiabilité élevée. The object of the present invention is to provide the user with a device capable of detecting the passage of a thermal front, or even of measuring the speed of propagation thereof, which is very simple and inexpensive while ensuring high reliability.

A cet effet la présente invention propose un capteur thermique pour la détection du passage d'un front thermique, du genre comportant deux lignes électriquement conductrices terminées chacune par une borne de sortie et une extrémité terminale, caractérisé en ce que ces lignes sont électriquement isolées l'une de l'autre et sont reliées sur une portion de leur longueur par une nappe isolante en une matière organique isolante de nature à devenir électriquement conductice par pyrolyse lors du passage d'un front thermique et mettre ainsi ces lignes en court-circuit. To this end, the present invention provides a thermal sensor for detecting the passage of a thermal front, of the type comprising two electrically conductive lines each terminated by an output terminal and a terminal end, characterized in that these lines are electrically isolated. 'from one another and are connected over a portion of their length by an insulating sheet of insulating organic material such as to become electrically conductive by pyrolysis during the passage of a thermal front and thus put these lines in short circuit.

Un tel dispositif se révèle très fiable et simple du fait notamment qu'il réagit en tout ou rien : isolation électrique ou court-circuit. Such a device proves to be very reliable and simple, in particular because it reacts in all or nothing: electrical insulation or short circuit.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ce capteur comporte au moins une troisième ligne électriquement conductrice terminée par une borne de sortie et une extrémité terminale, électriquement isolée des deux premières lignes en étant reliée, à au moins l'une de ces premières lignes; par une nappe isolante en une matière organique isolante de nature à devenir électriquement conductrice par pyrolyse, sur au moins une portion de sa longueur qui est décalée vers sa borne de sortie par rapport à la portion de longueur sur laquelle lesdites premières lignes sont reliées entre elles.Cette disposition fait que par identification des lignes qui sont mises en court-circuit on peut connattre l'endroit où un front thermique est passé, ou par enregistrement au cours du temps des instants auxquels sont détectés des court-circuits on peut évaluer la vitesse de propagation d'un front thermique. La précision de cette mesure dépend bien sOr du nombre de lignes prévues sur le capteur. Un capteur selon l'invention peut comporter des nappes pyrolysables distinctes à cheval sur des couples distincts de lignes. According to an advantageous characteristic of the invention, this sensor comprises at least a third electrically conductive line terminated by an output terminal and a terminal end, electrically isolated from the first two lines by being connected, to at least one of these first lines ; by an insulating sheet of an insulating organic material capable of becoming electrically conductive by pyrolysis, over at least a portion of its length which is offset towards its output terminal relative to the portion of length over which said first lines are interconnected This arrangement means that by identifying the lines which are short-circuited we can know the place where a thermal front has passed, or by recording over time the moments at which short-circuits are detected we can assess the speed of propagation of a thermal front. The accuracy of this measurement depends of course on the number of lines provided on the sensor. A sensor according to the invention can comprise distinct pyrolyzable layers straddling distinct pairs of lines.

Dans un mode de réalisation particulièrement simple de l'invention, les lignes s'étendent parallèlement à partir de leurs bornes de sortie disposées côte à côte, la troisième ligne étant plus courte que les deux premières (la quatrième plus courte que la troisième et ainsi de suite) et les extrémités terminales de ces lignes étant reliées par une même nappe isolante. Un tel capteur est en pratique à disposer dans le sens probable de propagation d'un front thermique à détecter. In a particularly simple embodiment of the invention, the lines extend parallel from their output terminals arranged side by side, the third line being shorter than the first two (the fourth shorter than the third and thus immediately) and the terminal ends of these lines being connected by the same insulating sheet. Such a sensor is in practice to be placed in the probable direction of propagation of a thermal front to be detected.

Les bornes de sortie des lignes du capteur selon l'invention sont avantageusement réunies en un connecteur multibroche adapté à hêtre relié au périphérique d'un microordinateur; qui déclenche une mesure du temps lors de la mise en court-circuit des deux plus longues lignes par le front thermique, et qui prospecte en permanence l'état des diverses autres lignes, en calculant et en affichant pour chacune d'elles l'instant du passage du front thermique à son extrémité et la vitesse de propagation de ce front, compte tenu des différences connues de longueur entre les diverses lignes. The output terminals of the lines of the sensor according to the invention are advantageously combined in a multi-pin connector suitable for beech connected to the peripheral of a microcomputer; which triggers a measurement of time when the two longest lines are short-circuited by the thermal front, and which permanently monitors the state of the various other lines, calculating and displaying the instant for each of them the passage of the thermal front at its end and the speed of propagation of this front, taking into account the known differences in length between the various lines.

Le capteur selon l'invention est plus précis en pratique si les deux premières lignes sont de même longueur (alors que les autres lignes sont plus courtes et de longueurs décroissantes), car, dans ces conditions, l'instant où le front thermique atteint les deux premières lignes et où le capteur commence à réagir se traduit par le passage dans ces deux lignes d'un courant électrique dont l'intensité est repérable et mesurable. The sensor according to the invention is more precise in practice if the first two lines are of the same length (while the other lines are shorter and of decreasing length), because, under these conditions, the instant when the thermal front reaches the first two lines and where the sensor begins to react results in the passage in these two lines of an electric current whose intensity is identifiable and measurable.

Selon une autre caractéristique préférée de l'invention les lignes sont des pistes matérialisées sur un support électriquement isolant plat et allongé, d'où à la fois une bonne tenue mécanique et une grande facilité de réalisation. According to another preferred characteristic of the invention, the lines are tracks materialized on an electrically insulating support which is flat and elongated, hence both good mechanical strength and great ease of production.

Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, la matière organique formant la nappe ou couche mince en contact avec les extrémités des diverses pistes est constituée par un mélange contenant du charbon finement divisé. N'importe quelle nature de charbon peut convenir. Mais de la nature du charbon choisi dépend le seuil de température à partir duquel a lieu la pyrolyse de la couche mince, ce seuil pouvant en pratique se situer entre 300 et 4000C suivant la nature du charbon. According to another preferred characteristic of the invention, the organic material forming the sheet or thin layer in contact with the ends of the various tracks consists of a mixture containing finely divided coal. Any type of coal can be used. However, the type of coal chosen depends on the temperature threshold above which the pyrolysis of the thin layer takes place, this threshold possibly in practice being between 300 and 4000 ° C. depending on the nature of the coal.

On peut aussi utiliser, comme matière de base du mélange formant la couche mince en contact avec les pistes, n importe quelle matière organique isolante à froid et dont le carbone résiduel après pyrolyse est au moins égal à 50 % du carbone contenu avant pyrolyse, et en particulier les paraffines. It is also possible to use, as the basic material of the mixture forming the thin layer in contact with the tracks, any organic material which is cold insulating and whose residual carbon after pyrolysis is at least equal to 50% of the carbon contained before pyrolysis, and especially paraffins.

De toutes manières, il est indispensable que la couche mince de matière organique se trouve en bon contact électrique avec l'extrémité des diverses lignes. En particulier, une couche mince présentant une bonne adhérence avec le métal constituant les pistes donne des résultats satisfaisants. On peut avantageusement réaliser une couche mince adhérente en malaxant et en déposant sur le support et sur les pistes un mélange de matière organique, présentant les propriétés déjà mentionnées, et de liant à base d'eau ou de solvant organique ou minéral ou de tout autre liant assurant le collage- des particules de matière organique à la fois entre elles, avec le support, et avec les pistes métalliques. In any case, it is essential that the thin layer of organic matter is in good electrical contact with the end of the various lines. In particular, a thin layer having good adhesion with the metal constituting the tracks gives satisfactory results. It is advantageous to produce an adherent thin layer by kneading and depositing on the support and on the tracks a mixture of organic material, having the properties already mentioned, and of binder based on water or organic or inorganic solvent or any other binder ensuring the bonding- of organic matter particles both between themselves, with the support, and with the metal tracks.

De son cOté, le support du capteur doit être constitué par une matière électriquement isolante à froid. Mais, en outre, il est préférable que cette matière reste électriquement isolante à chaud, jusqu'à une certaine température, par exemple 5000C au moins, si la pyrolyse de la matière organique s'effectue entre 3000C et 4000C. Par exemple, les matières servant usuellement de support aux circuits imprimés conviennent bien. On its side, the sensor support must be made of an electrically insulating cold material. But, in addition, it is preferable that this material remains electrically insulating when hot, up to a certain temperature, for example 5000C at least, if the pyrolysis of the organic material takes place between 3000C and 4000C. For example, the materials usually used to support printed circuits are very suitable.

Enfin, les lignes sont en principe en un métal bon conducteur de l'électricité, c'est-à-dire, selon les cas d'application du capteur, en cuivre, en aluminium, en or, ou en argent, ou encore en un alliage de certains de ces divers métaux. Finally, the lines are in principle made of a metal which is a good conductor of electricity, that is to say, depending on the application of the sensor, copper, aluminum, gold, or silver, or else an alloy of some of these various metals.

Comme on le comprend, le principe de l'invention est basé sur le modification des propriétés électriques de la matière organique choisie, par exemple du charbon, lors de la pyrolyse. D'isolante, elle devient conductrice à une certaine température. As will be understood, the principle of the invention is based on the modification of the electrical properties of the organic material chosen, for example carbon, during pyrolysis. Insulating, it becomes conductive at a certain temperature.

Le capteur thermique selon l'invention présente de nombreux avantages :
Il est bon marché. Il suffit, pour l'utiliser; de la disposer dans le milieu à contrôler et de brancher son connecteur multibroche à un outil de gestion informatique.The thermal sensor according to the invention has many advantages:
It is cheap. It is enough to use it; to have it in the environment to be controlled and to connect its multi-pin connector to an IT management tool.

Il s'adapte à un grand nombre de configurations du milieu à contrôler. It adapts to a large number of configurations of the medium to be checked.

Etant détruit après chaque opération, et la couche mince restant conductrice à n'importe quelle température au-dessus du seuil de pyrolyse de la matière organique, ce capteur peut fonctionner sans inconvénient à des températures très élevées, sauf dans les cas d'oxydation à ces températures. Being destroyed after each operation, and the thin layer remaining conductive at any temperature above the pyrolysis threshold of organic matter, this sensor can operate without disadvantage at very high temperatures, except in the case of oxidation at these temperatures.

Afin de bien comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un capteur thermique selon l'invention, à cinq pistes, en regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue cavalière du capteur ; et
- la figure 2 st un schéma d'un circuit électrique reliant ce capteur à cinq pistes à un microordinateur.In order to fully understand the invention, an embodiment of a thermal sensor according to the invention, with five tracks, will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is a view of the sensor; and
- Figure 2 st a diagram of an electrical circuit connecting this sensor to five tracks to a microcomputer.

Sur la figure 1, on voit que le capteur comporte un support 1 plat et allongé, en matière isolante utilisée pour les circuits imprimés, sur lequel sont disposées parallèlement cinq pistes en cuivre, 2a, 2b, 2c, 2d et 2e, dont les deux premières; 2a et 2b, sont aussi longues que le support 1, tandis que les trois autres, 2c, 2d, 2e sont de longueur décroissante. Ces pistes s'étendent entre des bornes de sortie et des extrémités terminales. In FIG. 1, it can be seen that the sensor comprises a flat and elongated support 1, made of insulating material used for printed circuits, on which five copper tracks, 2a, 2b, 2c, 2d and 2e, two of which are arranged in parallel first; 2a and 2b, are as long as the support 1, while the other three, 2c, 2d, 2e are of decreasing length. These tracks extend between output terminals and terminal ends.

A l'une de ses extrémités, le capteur se termine par un connecteur multibroche 3 regroupant les bornes de sortie à brancher sur le circuit électrique de la figure 2. At one of its ends, the sensor ends with a multi-pin connector 3 grouping the output terminals to be connected to the electrical circuit of FIG. 2.

A l'opposé du connecteur multibroche, sur une partie du capteur dite partie d'usage, les pistes sont recouvertes d'une mince couche 4 ainsi obtenue : une poudre de charbon, dont la pyrolyse commence à 3200C, a été malaxée avec un liant et déposée en une couche mince 4 sur environ la moitié de la longueur du support 1. Les lignes 2c à 2e sont reliées aux lignes les plus longues 2a et 2b sur des portions de leurs propres longueurs qui sont respectivement de plus en plus décalées vers leurs bornes de sortie par rapport aux portions de longueur sur lesquelles ces lignes les plus longues sont reliées entre elles. In contrast to the multi-pin connector, on a part of the sensor known as the usage part, the tracks are covered with a thin layer 4 thus obtained: a carbon powder, the pyrolysis of which begins at 3200C, has been kneaded with a binder and deposited in a thin layer 4 over approximately half the length of the support 1. The lines 2c to 2e are connected to the longest lines 2a and 2b on portions of their own lengths which are respectively increasingly shifted towards their output terminals with respect to the length portions over which these longest lines are interconnected.

Le circuit électrique de la figure 2 comporte une source d'alimentation 3 (ici une pile de 1,5 volts), un interrupteur 6, et un conducteur 7 à partir duquel partent six conducteurs 8a à 8f soit un conducteur de plus que de lignes dans le capteur. Les cinq premières branches 8a à 8c sont connectées respectivement aux cinq lignes du capteur et comportent chacune une résistance 9a ... 9e. La sixième ligne 8f est mise à la masse. La première branche 8a comporte la pile 5 et l'interrupteur tandis que les lignes 8b à 8f se prolongent jusqu'à un connecteur 10 de liaison à un périphérique de microordinateur non représenté. The electrical circuit of FIG. 2 comprises a power source 3 (here a 1.5 volt battery), a switch 6, and a conductor 7 from which six conductors 8a to 8f leave, ie one conductor more than lines in the sensor. The first five branches 8a to 8c are respectively connected to the five lines of the sensor and each have a resistor 9a ... 9e. The sixth line 8f is grounded. The first branch 8a comprises the battery 5 and the switch while the lines 8b to 8f extend to a connector 10 for connection to a microcomputer peripheral, not shown.

Le capteur étant placé dans un milieu thermique à étudier; on ferme l'interrupteur 6. Lorsqu'un front thermique (flèche FT) atteint l'extrémité du capteur, il y a pyrolyse progressive de la nappe 4 et un courant électrique commence à circuler entre les lignes 2a et 2b d'égale longueur, provoquant le déclenchement d'une horloge du microordinateur, puis entre la ligne 2a et les lignes 2c à 2e successivement. The sensor being placed in a thermal medium to be studied; the switch 6 is closed. When a thermal front (arrow FT) reaches the end of the sensor, there is a progressive pyrolysis of the sheet 4 and an electric current begins to circulate between the lines 2a and 2b of equal length, causing the triggering of a microcomputer clock, then between line 2a and lines 2c to 2e successively.

Le programme de gestion du microordinateur est établi de telle manière qu'il calcule et affiche les instants de mise en fonctionnement électrique des pistes successives et les vitesses de propagation du front thermique d'une extrémité de piste à la suivante, compte tenu des différences de longueurs connues des deux pistes voisines considérées. The microcomputer management program is established in such a way that it calculates and displays the instants of electrical operation of the successive tracks and the propagation speeds of the thermal front from one end of the track to the next, taking account of the differences in known lengths of the two neighboring tracks considered.

I1 va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that the above description has been offered only by way of example and that numerous variants can be proposed by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Ainsi les lignes peuvent être torsadées et/ou être reliées par une nappe pyrolysable à distance de leurs extrémités. Thus the lines can be twisted and / or be connected by a pyrolyzable sheet at a distance from their ends.

Claims

1. Thermal sensor for detecting the passage of a thermal front, of the type comprising two electrically conductive lines each terminated by an output terminal and a terminal end, characterized in that these lines (2a - 2e) are electrically isolated one of the other and are connected over a portion of their length by an insulating sheet (4) of an insulating organic material such as to become electrically conductive by pyrolysis during the passage of a thermal front and thus put these lines in short- circuit.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that it comprises at least a third electrically conductive line (2c 2e) terminated by an output terminal and a terminal end, electrically isolated from the first two lines (2a, 2b) by being connected, to at least one of these first lines, by an insulating sheet (4) made of an insulating organic material such as to become electrically conductive by pyrolysis, over at least a portion of its length which is offset towards its output terminal relative the portion of length over which said first lines are interconnected.

3. Sensor according to claim 2, characterized in that these lines extend parallel from their output terminals arranged side by side, each line from the third being shorter than the previous one and the terminal ends of these lines being connected by the same insulating sheet (4).

4. Sensor according to claim 3, characterized in that the output terminals of said lines are combined in a multi-pin connector (3).

5. The sensor of claim 3 or claim 4; characterized in that said first tracks (2a, 2b) are of the same length.

6. Sensor according to any one of claims 1 to 5; characterized in that said lines are tracks (2a - 2e) materialized on an electrically insulating support (1), of flat and elongated shape.

7. Sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the insulating sheet (4) contains finely divided carbon.

8. Sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the ply (4) is made of an insulating organic material whose residual carbon after pyrolysis is at least equal to 50 g of the carbon contained before pyrolysis.

9. Sensor according to claim 8, characterized in that the insulating material (4) is a paraffin.

10. Sensor according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the insulating sheet (4) contains a powder of organic particles coated in a binder ensuring the bonding of the particles together and the adhesion of the sheet with the lines (2a - 2e).