CH617280A5 - Ionisation fire detector - Google Patents
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Description
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ionisa- io dem gemäss der Erfindung. The invention has for its object an ionization according to the invention.
tions-Brandmelder mit nur zwei rückgekoppelten elektroni- Der in Fig. 1 dargestellte lonisations-Brandmelder weist sehen Schaltungselementen ohne zusätzlichen Bauaufwand so eine Messkammer 10 und eine mit dieser in Reihe geschaltete auszubilden, dass die dem Verbindungspunkt der Kammern Referenzkammer 12 auf. Die gegebenenfalls das äussere abgewandte Elektrode der Messkammer auf einem festen Gehäuse des Melders bildende, dem Verbindungspunkt 14 der tional fire detector with only two feedback electronic. The ionization fire detector shown in FIG. 1 has circuit elements without additional construction effort so as to form a measuring chamber 10 and a series-connected measuring chamber that the reference chamber 12 to the connection point of the chambers. The connecting electrode 14, which possibly forms the outer electrode of the measuring chamber facing away on a fixed housing of the detector
Potential liegt und dass auch bei kleinvolumiger Bauweise des 15 Kammern abgewandte Aussenelektrode 16 der Messkammer Melders beliebige Feldeffekttransistor-Typen oder äquivalente 10 ist unmittelbar mit dem auf Null-Potential liegenden Schaltungselemente als erstes Schaltungselement verwendet Anschluss 18 des Melders verbunden. Die mit dem Verbin-werden können. dungspunkt 14 verbundene Elektrode 20 der Messkammer 10 There is potential and that even with a small-volume construction of the 15-chamber outer electrode 16 of the measuring chamber detector, any type of field-effect transistor or equivalent 10 is connected directly to the circuit element lying at zero potential as the first circuit element, connection 18 of the detector. Those who can connect. point 14 connected electrode 20 of the measuring chamber 10
Die Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einem Ionisa- sowie die mit dem Verbindungspunkt 14 verbundene Elektrode tions-Brandmelder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, 20 22 der Referenzkammer 12 könnten baulich vereinigt sein. Bei-dass der Rückkopplungswiderstand zwischen der Referenz- spielsweise durch Perforationen in der Aussenelektrode 16 hin-kammer und einem Anschluss des Melders liegt und dass die durch kann die Umgebungsluft in die Messkammer 10 eindrin-Hauptstromstrecke des zweiten elektronischen Schaltungsele- gen. Beim Eintritt von Brandfolgeprodukten, insbesondere ments in einem zu dem Rücklcopplungswiderstand parallelen Rauch, weist die Messkammer 10 einen gegenüber dem Ruhe-Strompfad liegt. 25 zustand erhöhten Widerstandswert auf. Demgegenüber ist die The object is achieved according to the invention in an Ionisa and the electrode tion fire detectors connected to the connection point 14 of the type mentioned at the outset in that the reference chamber 12 could be structurally combined. In that the feedback resistance lies between the reference example through perforations in the outer electrode 16 and a connection of the detector and that the ambient air can penetrate into the measuring chamber 10 main current path of the second electronic circuit. When fire secondary products occur , in particular elements in a smoke parallel to the feedback resistor, the measuring chamber 10 has a position opposite the quiescent current path. 25 increased resistance value. In contrast is the
Bei dem Brandmelder gemäss der Erfindung ist die dem Referenzkammer 12 gegenüber der Umgebungsluft stärker Verbindungspunkt der Kammern abgewandte Elektrode der abgeschlossen und/oder weist beim Eintritt von Brandfolgepro-Referenzkammer über den Rückkopplungswiderstand mit dukten einen weniger stark erhöhten Widerstandswert auf. einem Melderanschluss verbunden. Diese Elektrode liegt meist Baulich liegt die Referenzkammer 12 im Melder axial hinter als Innenelektrode gegen Störungsfelder geschützt im Inneren 30 der Messkammer 10, oder die Referenzkammer 12 wird von des Melders und kann daher wechselnde Potentiale aufweisen, der Messkammer 10 umgeben, so dass die dem Verbindungs-Dagegen ist die meist die Aussenelektrode bildende, dem Ver- punkt 14 abgewandte Innenelektrode 24 der Referenzkammer bindungspunkt der Kammern abgewandte Elektrode der Mess- 12 gegen Störeinflüsse geschützt innerhalb des Melders unter-kammer auf das feste Potential des ihr zugeordneten Melderan- gebracht ist. In beiden Kammern 10,12 sind radioaktive Quel-schlusses gelegt, so dass diese Elektrode als Faradayscher 35 len 26,28 von geringer Aktivität vorgesehen, die im Kammer-Käfig für den Melder ausgebildet werden kann, um Störeinwir- volumen Ionen erzeugen, wodurch bei angelegter Spannung kungen fernzuhalten, ohne dass solche auf die Aussenelektrode ein Ionenstrom fliessen kann. In the fire detector according to the invention, the connection point of the chambers facing away from the reference chamber 12 with respect to the ambient air is closed and / or has a less strongly increased resistance value with products when fire sequence per reference chamber enters via the feedback resistor. connected to a detector connection. This electrode is usually located structurally, the reference chamber 12 in the detector is axially behind as an internal electrode protected against interference fields in the interior 30 of the measuring chamber 10, or the reference chamber 12 is surrounded by the detector and can therefore have changing potentials surrounding the measuring chamber 10, so that the connection On the other hand, the inner electrode 24 of the measuring chamber, which usually forms the outer electrode and faces away from point 14 of the reference chamber and the point of connection of the chambers, is protected against interference from within the detector under-chamber and is attached to the fixed potential of the detector assigned to it. Radioactive sources are placed in both chambers 10, 12, so that this electrode is provided as a Faraday 35 len 26, 28 of low activity, which can be formed in the chamber cage for the detector in order to generate interference volume, thereby causing ions to keep the applied voltage away without an ion current being able to flow onto the outer electrode.
einwirkende Störeinflüsse das Ansprechverhalten des Melders Die dem Verbindungspunkt 14 abgewandte Innenelektrode beeinflussen könnten. Auch kann die genannte Elektrode der 24 der Referenzkammer 12 ist über einen Rückkopplungs-Messkammer zu Prüfzwecken leicht zugänglich angeordnet 40 widerstand 30 mit einem Anschluss 32 des Melders verbunden, und auch völlig ohne äussere Isolierung gelassen werden, was an den eine Speisespannung von 20 V gegenüber dem hinsichtlich eines geringen Bauaufwands und einer geringen Anschluss 18 gelegt ist. Zwischen den Verbindungspunkt 34 der Baugrösse des Melders günstig ist. Im Ansprechfall schliesst Referenzkammer 12 und des Rückkopplungswiderstands 30 das in dem zum Rückkopplungswiderstand parallelen Strom- einerseits und den der Messkammer 10 zugeordneten pfad liegende zweite elektronische Schaltungselement den 45 Anschluss 18 andererseits und somit parallel zur Reihenschal-Rückkopplungswiderstand zumindest teilweise kurz, so dass tung der Kammern 10,12 ist weiter ein Widerstand geschaltet, die Spannung über der Reihenschaltung der Kammern erhöht der aus der Reihenschaltung zweier Teilwiderstände 36,38 wird. Hierdurch wird der Widerstand der Kammern nicht besteht. Diese Teilwiderstände 36,38 bilden mit dem Rück wesentlich verändert, so dass für das erste elektronische Schal- kopplungswiderstand 30 einen Spannungsteiler, durch den die tungselement sowohl eine Bauweise verwendet werden kann, so Reihenschaltung der Kammern 10,12 im Ruhezustand mit der die selbstleitend ist und zum Ansprechen keinen Steuerstrom an den Teilwiderständen 36,38 abfallenden Spannung gespeist erfordert, als auch eine Bauweise, bei der im angesprochenen ist. Diese Spannung ist so gewählt, dass sich in der Messkam-Zustand ein Steuerstrom erforderlich ist. Da sich andererseits mer 10 ein für die Erfassung von Brandfolgeprodukten optima-auch durch die Rückkopplung die an der Reihenschaltung der 1er Wert der Feldstärke zwischen den Elektroden 16,"20 ergibt; Kammern liegende Spannung nicht wesentlich ändert, treten 55 beim Ausführungsbeispiel beträgt die Spannung an der Reihenais Eingangsspannung des ersten elektronischen Schaltungsele- Schaltung der Kammern 10,12 12 V. Gewünschtenfalls kann ment nur gegenüber der Speisespannung des Melders kleinere diese Spannung auch dadurch veränderlich gemacht werden, Spannungen auf, so dass auch insofern keine besonderen dass der Rückkopplungswiderstand 30 verstellbar gemacht interfering influences the response behavior of the detector which could influence the inner electrode facing away from connection point 14. The mentioned electrode of the 24 of the reference chamber 12 can also be arranged via a feedback measuring chamber for test purposes, is easily accessible 40 resistor 30 connected to a connection 32 of the detector, and can also be left without any external insulation, which in turn means a supply voltage of 20 V which is laid in terms of low construction costs and a low connection 18. Between the connection point 34 the size of the detector is favorable. In response, the reference chamber 12 and the feedback resistor 30 at least partially short-circuit the second electronic circuit element lying in the current parallel to the feedback resistor on the one hand and the path assigned to the measuring chamber 10 on the other hand and thus parallel to the series switching feedback resistor, so that the chambers 10, 12 a resistor is also connected, the voltage across the series connection of the chambers increases, which becomes from the series connection of two partial resistors 36, 38. As a result, the resistance of the chambers will not exist. These partial resistors 36, 38 form a significant change with the rear, so that a voltage divider for the first electronic switching coupling resistor 30, by means of which the device can be used both in a constructional manner, so series connection of the chambers 10, 12 in the idle state with which it is self-conducting and does not require a control current fed to the voltage drop across the partial resistors 36, 38 to respond, as well as a construction in which is addressed. This voltage is selected so that a control current is required in the measuring chamber state. On the other hand, since there is a 10 optimal for the detection of fire secondary products - also by the feedback which results in the 1-value of the field strength between the electrodes 16, "20 at the series connection; voltage lying in chambers does not change significantly, 55 occurs in the exemplary embodiment, the voltage the series input voltage of the first electronic circuit of the chambers 10, 12, 12 V. If desired, this voltage can only be made smaller than the supply voltage of the detector, so that voltages can also be adjusted so that the feedback resistor 30 is not adjustable
Anforderungen an das erste elektronische Schaltungselement wird. Requirements for the first electronic circuit element.
zu stellen sind. 60 An den Verbindungspunkt 14 der Kammern 10,12 ist als are to be asked. 60 At the connection point 14 of the chambers 10, 12 is as
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den erstes elektronisches Schaltungselement mit seiner Steuerelek-abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben. trode G ein Feldeffekttransistor 40 angeschlossen. Es handelt Particular embodiments of the invention are specified in the first electronic circuit element with its control-dependent claims 2 to 10. trode G a field effect transistor 40 connected. It deals
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen sich hierbei um einen selbstleitenden n-Kanal-Depletion-Mos-näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind, fet, der einen hohen Eingangswiderstand hat. Die Quellenelek-Es zeigen: 65 trode S des Feldeffekttransistors 40 ist mit dem Verbindungs- The invention is explained in more detail below with reference to the drawings, in which a self-conducting n-channel depletion MOS, in which exemplary embodiments are shown, has a high input resistance. The source electrodes show: 65 trode S of the field effect transistor 40 is connected to the connection
Fig. 1 einen lonisations-Brandmelder gemäss der Erfindung punkt 42 zweier Widerstände 44,46 verbunden, die als Span-sowie in schematischer Darstellung die zugehörige Zentrale; nungsteiler zwischen die Anschlüsse 32,18 des Melders Fig. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise des geschaltet sind. Die Abflusselektrode D des Feldeffekttransi- 1 an ionization fire detector according to the invention, point 42 connected to two resistors 44, 46, which as the chip and in a schematic representation the associated control center; voltage divider between the connections 32, 18 of the detector. Fig. 2 is a diagram to explain the mode of operation of the switched. The drain electrode D of the field effect transistor
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stors ist über einen Widerstand 48 mit demjenigen Anschluss 32 verbunden, der über den Rückkopplungswiderstand 30 mit der Referenzkammer 12 verbunden ist. Weiter ist an die Abflusselektrode D des Feldeffekttransistors 40 unmittelbar die Steuerelektrode eines zweiten elektronischen Schaltungsele- 5 ments, nämlich die Basis B eines bipolaren Transistors 50 angeschlossen. Dessen Emitter E liegt unmittelbar am Anschluss 32, während sein Kollektor C über eine Leuchtdiode 52 am Verbindungspunkt 53 der Teil widerstände 36,38 liegt, die mit dem Rückkopplungswiderstand 30 einen Spannungsteiler bilden. .10 Stors is connected via a resistor 48 to that terminal 32 which is connected to the reference chamber 12 via the feedback resistor 30. Furthermore, the control electrode of a second electronic circuit element, namely the base B of a bipolar transistor 50, is connected directly to the drain electrode D of the field effect transistor 40. Whose emitter E is located directly on the terminal 32, while its collector C is via a light emitting diode 52 at the connection point 53 of the part resistors 36, 38 which form a voltage divider with the feedback resistor 30. .10
In Fig. 2 sind die Ströme der Kammern 10,12 in Abhängigkeit von der jeweils an sie angelegten Spannung aufgetragen. Im Ruhezustand fliesst in der Messkammer 10 ein Strom ii0,0, der um so grösser wird, je höher die Spannung der Elektrode 20 gegenüber der auf Null-Potential liegenden Aussenelektrode 1615 wird. Weiter ist im Ruhezustand die Messkammer 12 von einem Strom i12,o durchflössen. Wie oben erläutert, liegt die Innenelektrode 24 der Messkammer 12 auf einer Spannung von 12 V gegenüber dem Anschluss 18, und der Strom ii2,0 wird daher ausgehend von dem Abszissenwert 12 V um so grösser, je tiefer20 das Potential der Elektrode 28 gegenüber der Innenelektrode 24 sinkt. Da die Elektrode 20 der Messkammer 10 und die Elektrode 28 der Referenzkammer 12 am Verbindungspunkt 14 verbunden sind, stellt sich an diesem eine Spannung Uo ein, die durch den Schnittpunkt der Kurven ii0.o und i12,o bestimmt ist. 25 Diese Spannung Uo liegt im Ruhezustand tiefer als der Schwellenwert Us der Spannung des Verbindungspunkts 14 gegenüber dem Melderanschluss 18, bei welcher der Melder ansprechen soll. 2, the currents of the chambers 10, 12 are plotted as a function of the voltage applied to them in each case. In the idle state, a current ii0.0 flows in the measuring chamber 10, which becomes greater the higher the voltage of the electrode 20 compared to the outer electrode 1615 which is at zero potential. Furthermore, a current i12, o flows through the measuring chamber 12 in the idle state. As explained above, the inner electrode 24 of the measuring chamber 12 is at a voltage of 12 V with respect to the connection 18, and the current ii2.0, based on the abscissa value 12 V, therefore becomes greater the lower the potential of the electrode 28 with respect to the inner electrode 24 drops. Since the electrode 20 of the measuring chamber 10 and the electrode 28 of the reference chamber 12 are connected at the connection point 14, a voltage Uo is established there, which is determined by the intersection of the curves ii0.o and i12, o. 25 In the idle state, this voltage Uo is lower than the threshold value Us of the voltage of the connection point 14 with respect to the detector connection 18 at which the detector is to respond.
Tritt Rauch in die Messkammer 10 ein, so steigt ihr Wider- 30 standswert an, und der sie durchfliessende Strom wird bei gegebener Spannung geringer. Bei starkem Raucheintritt ergibt sich beispielsweise die durch die Kurve it0,i beschriebene Abhängigkeit des Stroms in der Messkammer 10 von der angelegten Spannung. Hierdurch erfolgt eine Verschiebung des Potentials 35 am Verbindungspunkt 14; durch den Schnittpunkt der Kurven iio.i» ii2,o wird eine neue Spannung Ui bestimmt, die sich am Verbindungspunkt 14 gegenüber dem Melderanschluss 18 einstellt. Noch bevor Ui erreicht wird, wird der demgegenüber etwas geringere und gegenüber der Spannung U0 höhere Schwellen- 40 wert Us überschritten. If smoke enters the measuring chamber 10, its resistance value increases and the current flowing through it decreases at a given voltage. In the case of heavy smoke entry, the dependence of the current in the measuring chamber 10 on the applied voltage, as described by the curve it0, i, results. This results in a shift of the potential 35 at the connection point 14; A new voltage Ui is determined by the intersection of the curves iio.i »ii2, o, which occurs at the connection point 14 opposite the detector connection 18. Even before Ui is reached, the somewhat lower threshold value Us, which is higher than the voltage U0, is exceeded.
Die Quellenelektrode S des Feldeffekttransistors 40 ist auf einer annähernd dem Schwellenwert Us gleichen Spannung gegenüber dem Anschluss 18 gehalten, so dass der Feldeffekttransistor 40 beim Erreichen des Schwellenwertes Us leitend 45 wird. Hierdurch wird die dem Ruhezustand mittels des Widerstands 48 auf hohem Potential gehaltene Basis B des Transistors 50 jetzt mit einem niedrigen Potential verbunden, The source electrode S of the field effect transistor 40 is kept at a voltage approximately the same as the threshold value Us with respect to the connection 18, so that the field effect transistor 40 becomes conductive 45 when the threshold value Us is reached. As a result, base B of transistor 50, which is kept at high potential in the idle state by means of resistor 48, is now connected to a low potential,
wodurch der Transistor 50 leitend wird. whereby transistor 50 becomes conductive.
Durch das Leitendwerden des Transistors 50 fliesst einer- 50 seits ein Meldestrom über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 50, die Leuchtdiode 52 und den Teilwiderstand 38. Der Wert dieses Meldestroms kann durch geeignete Bemessung des Teilwiderstands 38 als Lastwiderstand beliebig festgelegt werden. Andererseits bilden bei leitendem Transistor 50 55 die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 50, die Leuchtdiode 52 und der Teilwiderstand 36 einen zum Rückkopplungswiderstand 30 parallelen Strompfad. Da die Teilwiderstände 36, 38 jetzt keinen Spannungsteiler mehr mit dem Rückkopplungswiderstand 30 bilden und da die Widerstandswerte des Rück- eo kopplungswiderstands 30 und des Teilwiderstands 36 um mindestens eine Grössenordnung geringer sind als die Widerstandswerte der Kammern 10,12 steigt die Spannung an der Reihenschaltung der Kammern 10,12, d. h. die Spannung des Verbindungspunkts 34 gegenüber dem Anschluss 18, annä- 65 hernd auf die Speisespannung von 20 V. Hierdurch verläuft jetzt die Kurve ii2,i des Stromes der Referenzkammer 12 gegenüber dem Ruhestrom ii2,o in Fig. 2 nach rechts versetzt; When the transistor 50 becomes conductive, on the one hand a signaling current flows through the emitter-collector path of the transistor 50, the light-emitting diode 52 and the partial resistor 38. The value of this signaling current can be determined as desired by suitable dimensioning of the partial resistor 38 as a load resistor. On the other hand, when the transistor 50 55 is conductive, the emitter-collector path of the transistor 50, the light-emitting diode 52 and the partial resistor 36 form a current path which is parallel to the feedback resistor 30. Since the partial resistors 36, 38 no longer form a voltage divider with the feedback resistor 30 and since the resistance values of the feedback resistor 30 and the partial resistor 36 are at least one order of magnitude lower than the resistance values of the chambers 10, 12, the voltage at the series circuit of FIG Chambers 10, 12, d. H. the voltage of the connection point 34 with respect to the connection 18, approximately 65 to the supply voltage of 20 V. As a result, the curve ii2, i of the current of the reference chamber 12 now runs to the right in FIG. 2 offset from the quiescent current ii2, o;
der Strom i12,i wird ausgehend von dem Abszissenwert 20 V um so grösser, je tiefer das Potential der Elektrode 28 gegenüber dem Potential der Innenelektrode 24 sinkt. Die neue Kurve ii2,i schneidet die Kurve il0,i des Ionenstroms der Messkammer 10 bei einer Spannung U2, die sich jetzt am Verbindungspunkt 14 gegenüber dem Anschluss 18 einstellt. Es ist also ersichtlich, dass eine positive Rückkopplung derart erfolgt, dass nach einem Überschreiten des Schwellenwertes Us die Spannung am Verbindungspunkt 14 in derselben Änderungsrichtung weiter verschoben wird, so dass der Feldeffekttransistor 40 und der Transistor 50 in Selbsthaltung gehen und der Melder ein bistabiles Verhalten aufweist. Selbst wenn nämlich nach dem Ansprechen die Umgebungsluft wieder rauchfrei wird und die Messkammer 10 ihren ursprünglichen Widerstandswert wieder annimmt, sinkt die Spannung des Verbindungspunkts 14 nur bis zu einem Wert U3, der sich aus dem Schnittpunkt der Kurven iio,o. ii2,i ergibt und der weiterhin oberhalb des Schwellenwertes Us liegt. Starting from the abscissa value 20 V, the current i12, i becomes greater the lower the potential of the electrode 28 decreases compared to the potential of the inner electrode 24. The new curve ii2, i intersects the curve il0, i of the ion current of the measuring chamber 10 at a voltage U2, which is now established at the connection point 14 opposite the connection 18. It can thus be seen that there is a positive feedback in such a way that after the threshold value Us is exceeded, the voltage at the connection point 14 is shifted further in the same direction of change, so that the field effect transistor 40 and the transistor 50 keep self-latching and the detector exhibits bistable behavior . Even if, after the response, the ambient air becomes smoke-free again and the measuring chamber 10 returns to its original resistance value, the voltage of the connection point 14 only drops to a value U3, which results from the intersection of the curves iio, o. ii2, i results and which is still above the threshold value Us.
Der zwischen Verbindungspunkt 34 der Referenzkammer 12 und des Rückkopplungswiderstands 30 einerseits und den Verbindungspunkt 53 andererseits geschaltete Teilwiderstand 36 hat eine doppelte Funktion. Einerseits bildet er im Ruhezustand zusammen mit dem Teilwiderstand 38 denjenigen Widerstand, der zusammen mit dem Rückkopplungswiderstand 30 einen Spannungsteiler bildet. Andererseits bildet der Teilwiderstand 36 nach dem Ansprechen des Melders und demgemäss dem Leitendwerden des Transistors 50 zusammen mit dessen Emitter-Kollektor-Strecke und der Leuchtdiode 52 einen dem Rückkopplungswiderstand 30 parallelen Strompfad, während dann ein Meldestrom über den Transistor 50, die Leuchtdiode 52 und den als Lastwiderstand dienenden Teilwiderstand 38 fliesst. Durch die Leuchtdiode 52 wird dieser Zustand angezeigt. Durch einen relativ niedrigen Wert des als Lastwiderstand dienenden Teilwiderstands 38 kann ein gegenüber dem Ruhestrom des Melders relativ hoher Meldestrom erreicht werden. Der Ruhestrom wird im wesentlichen durch die Reihenschaltung des Rückkopplungswiderstands 30 und des Teilwiderstands 36 bestimmt, die einen gegenüber dem als Lastwiderstand dienenden Teilwiderstand 38 wesentlich höheren Widerstandswert haben können; der Widerstandswert des Teilwiderstands 36 sollte um mindestens eine Grössenordnung grösser als derjenige des Teilwiderstands 38 sein. Entsprechendes gilt wegen der grössenordnungsmässig gleichen Widerstandswerte des Rückkopplungswiderstands 30 und des Teilwiderstands 36 für das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten des Rückkopplungswiderstands 30 und des als Lastwiderstand dienenden Teilwiderstands 38. Bei einem tatsächlichen Ausführungsbeispiel betrug der Widerstandswert des Teilwiderstands 38 1% der Widerstandswerte des Teilwiderstands 36 und des Rückkopplungswiderstands 30. The partial resistor 36 connected between the connection point 34 of the reference chamber 12 and the feedback resistor 30 on the one hand and the connection point 53 on the other hand has a dual function. On the one hand, in the idle state it forms, together with the partial resistor 38, that resistor which, together with the feedback resistor 30, forms a voltage divider. On the other hand, the partial resistor 36 forms a current path parallel to the feedback resistor 30 after the response of the detector and accordingly the transistor 50, together with its emitter-collector path and the light-emitting diode 52, then a signaling current via the transistor 50, the light-emitting diode 52 and the flowing as a load resistor part resistor 38 flows. This state is indicated by the LED 52. A relatively low value of the partial resistor 38 serving as a load resistor can achieve a relatively high signaling current compared to the quiescent current of the detector. The quiescent current is essentially determined by the series connection of the feedback resistor 30 and the partial resistor 36, which can have a significantly higher resistance value than the partial resistor 38 serving as a load resistor; the resistance value of the partial resistor 36 should be at least one order of magnitude larger than that of the partial resistor 38. The same applies because of the magnitudes of the same resistance values of the feedback resistor 30 and the partial resistor 36 for the relationship between the resistance values of the feedback resistor 30 and the partial resistor 38 serving as a load resistor Feedback resistor 30.
Durch die vorstehend erläuterte Konstruktion und die genannten Widerstandsverhältnisse wird erreicht, dass der Meldestrom unabhängig von der an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 liegenden Spannung und vom Schwellenwert des Potentials am Verbindungspunkt 14, bei dem der Melder anspricht, gewählt werden kann. Obwohl der als Lastwiderstand dienende Teilwiderstand 38 ein Teil des mit dem Rückkopplungswiderstand 30 einen Spannungsteiler bildenden Widerstands ist, wird doch durch den geringen Widerstandswert des Teilwiderstands 38 erreicht, dass dieser die an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 liegende Spannung und die Ansprechschwelle praktisch nicht beeinflusst; eine Verdoppelung des Widerstandswertes des Teilwiderstands 38 würde bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel eine Änderung der an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 liegenden Spannung von annähernd 1% bedeuten, wodurch sich wegen der teilwei-sen Sättigung der Kammern 10,12, insbesondere der Referenzkammer 12, eine Änderung der Ansprechschwelle in der Gros The construction explained above and the resistance conditions mentioned ensure that the signaling current can be selected independently of the voltage applied to the series connection of the chambers 10, 12 and of the threshold value of the potential at the connection point 14 at which the detector responds. Although the partial resistor 38 serving as the load resistor is part of the resistor forming a voltage divider with the feedback resistor 30, the low resistance value of the partial resistor 38 means that it practically does not influence the voltage connected to the series connection of the chambers 10, 12 and the response threshold ; a doubling of the resistance value of the partial resistor 38 would mean, in the aforementioned embodiment, a change in the voltage applied to the series connection of the chambers 10, 12 of approximately 1%, which due to the partial saturation of the chambers 10, 12, in particular the reference chamber 12, a change in the response threshold in the bulk
617280 617280
6 6
senordnung von 0,5% ergäbe. order of 0.5%.
Wie in Fig. 1 weiter dargestellt, ist der Melder über zwei Adern 54,56 einer Linie mit einer Zentrale 58 verbunden, wo die Adern 54,56 von einer Batterie 60 gespeist sind. Dabei sind geeignete Mittel zur Erfassung des Meldestroms vorgesehen; nur einfachheitshalber ist als solches Mittel ein Relais 62 mit einem von ihm betätigbaren Kontakt 64 dargestellt. Um nach dem Ansprechen des Melders dessen Selbsthaltung aufzuheben, ist ein Unterbrecherschalter 64 vorgesehen, mittels dessen der Meldestrom unterbrochen wird. As further shown in FIG. 1, the detector is connected via two wires 54, 56 in a line to a control center 58, where the wires 54, 56 are fed by a battery 60. Suitable means for recording the signaling current are provided; for the sake of simplicity, a relay 62 with a contact 64 which can be actuated by it is shown as such means. In order to release the detent after the detector has responded, an interrupter switch 64 is provided, by means of which the signaling current is interrupted.
In Fig. 1 ist weiter eine mögliche Ausgestaltung gezeigt, die darin besteht, dass ein zusätzlicher, mit dem Verbindungspunkt 34 der Referenzkammer 12 und des Rückkopplungswider-stands 30-verbundener Anschluss 68 des Melders vorgesehen ist, der über einen weiteren Leiter 70 der Linie und einen in der Zentrale 58 vorgesehenen Tastschalter 72 mit dem Pluspol der Batterie 60 verbunden ist. Durch Betätigung des Tastschalters 72 wird so der Verbindungspunkt 34 an ein Potential gelegt, das dem Potential des mit dem Rückkopplungswiderstand verbundenen Anschlusses 32 des Melders zumindest annähernd gleicht, so dass in gleicher Weise wie beim Leitendwerden des Transistors 50 das Potential des Verbindungspunkts 14 der Kammern 10,12 angehoben wird und der Melder ausgelöst wird und in Selbsthaltung übergeht. 1 shows a possible embodiment, which consists in the fact that an additional connection 68 of the detector, which is connected to the connection point 34 of the reference chamber 12 and the feedback resistor 30, is provided, which is connected via a further conductor 70 of the line and a key switch 72 provided in the control center 58 is connected to the positive pole of the battery 60. By actuating the pushbutton switch 72, the connection point 34 is thus connected to a potential which at least approximately corresponds to the potential of the connection 32 of the detector connected to the feedback resistor, so that in the same way as when the transistor 50 becomes conductive, the potential of the connection point 14 of the chambers 10 , 12 is raised and the detector is triggered and changes to self-holding.
An die Leiter 54,70,56 der Linie kann eine Vielzahl von Meldern parallel zueinander angeschlossen werden. In diesem Fall weist jeder Melder eine zwischen den zusätzlichen Anschluss 68 und den Verbindungspunkt 34 geschaltete Diode 74 auf, die bezüglich des bei betätigtem Tastschalter 72 fliessenden Stromes in Leitrichtung gepolt ist. Spricht ein Melder aufgrund des Eindringens von Rauch in seine Messkammer 10 an, so verhindert die dann in Sperrichtung beaufschlagte Diode 74 dieses Melders eine Übertragung des erhöhten Potentials am Verbindungspunkt 34 dieses Melders zu den übrigen Meldern und damit deren Auslösung. A large number of detectors can be connected in parallel with one another to the conductors 54, 70, 56 of the line. In this case, each detector has a diode 74 which is connected between the additional connection 68 and the connection point 34 and which is polarized in the direction of conduction with respect to the current flowing when the push button switch 72 is actuated. If a detector responds due to the penetration of smoke into its measuring chamber 10, then the diode 74 of this detector, which is then acted on in the blocking direction, prevents the increased potential at the connection point 34 of this detector from being transmitted to the other detectors and thus triggering them.
Bei den in Fig. 3,5,7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen sind mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 gleiche oder hinsichtlich der Funktion übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 3, 5, 7 and 8, parts that are the same or have the same function as the embodiment according to FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
Der Melder gemäss Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen gemäss Fig. 1 zunächst dadurch, dass der der Referenzkammer 12 zugeordnete Anschluss 32 auf gegenüber dem Anschluss 18 negativem Potential liegt. Demgemäss sind die Leitrichtungen des Feldeffekttransistors 40, des Transistors 50 und der Leuchtdiode 52 gegenüber Fig. 1 umgekehrt. The detector according to FIG. 3 initially differs from that according to FIG. 1 in that the connection 32 assigned to the reference chamber 12 is at a potential which is negative compared to the connection 18. Accordingly, the directions of the field effect transistor 40, the transistor 50 and the light emitting diode 52 are reversed compared to FIG. 1.
Weitere wichtige Merkmale des Melders gemäss Fig. 3 bestehen darin, dass der Feldeffekttransistor 40 mit seiner Steuerelektroden-Quellen-Strecke der Messkammer 10 unmittelbar parallel geschaltet ist und dass er ein selbstsperrender p-Kanal-Enhancement-Mosfet ist. Dieser Feldeffekttransistor hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz und eine relativ grosse Kapazität zwischen Steuerelektrode G und Quellenelektrode S. 3 are that the field effect transistor 40 with its control electrode source path of the measuring chamber 10 is directly connected in parallel and that it is a self-blocking p-channel enhancement mosfet. This field effect transistor has a very high input impedance and a relatively large capacitance between the control electrode G and the source electrode S.
Durch die unmittelbare Verbindung der Quellenelektrode S des Feldeffekttransistors 40 in Fig. 3 wird der aus den Widerständen 44,46 bestehende Spannungsteiler des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 eingespart. Damit fällt auch ein entsprechender Ruhestromverbrauch fort. Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 der Steuerstrom des Transistors 50 bei leitendem Feldeffekttransistors 40 über den Widerstand 46 des Spannungsteilers fliessen musste, wird beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 bei leitendem Feldeffekttransistor 40 die Basis B des Transistors 50 unmittelbar mit dem der Messkammer 10 zugeordneten Anschluss 18 verbunden. Es handelt sich hierbei um eine wesentlich rauschärmere und weniger temperaturabhängige Schaltung, die eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 wesentlich geringere Stromverstärkung des Transistors 50 erfordert; soll bei der Ausführung gemäss Fig. 1 ein nennenswerter Leistungsverlust in den Widerständen 44,46 des Spannungsteilers im Ruhezustand vermieden werden, so müssen die Widerstände 44,46 hohe Widerstandswerte haben, und der Transistor 50 muss eine sehr hohe Stromverstärkung aufweisen, um trotz des in den Steuerstrompfad eingeschalteten Widerstands 46 leitend zu werden. Daneben sei bemerkt, dass sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 als auch bei demjenigen nach Fig. 3 im Unterschied zu manchen Ionisations-Brandmeldern nach dem Stand der Technik die Basis B des Transistors 50 unmittelbar mit der Abflusselektrode D des Feldeffekttransistors 40 verbunden ist, so dass nicht etwa ein zwischengeschalteter Widerstand einen Verlust an Signalleistung bewirkt. Weiter ist die Leuchtdiode 52 bei allen Ausführungsbeispielen nicht etwa zwischen den Emitter E des Transistors 50 und den Anschluss 32 geschaltet, wo sie das Leitendwerden des Transistors 50 behindern könnte, sondern sie liegt zwischen dem Kollektor C des Transistors 50 und dem Verbindungspunkt 53 der Teilwiderstände 36,38. Die unmittelbare Parallelschaltung der Steuer-elektroden-Quellen-Kapazität des Feldeffekttransistors 40 zur Messkammer 10 bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 hat eine vorteilhafte Wirkung beim Einschalten der Versorgungsspannung und bei plötzlichen Spannungssprüngen. Diese sei im folgenden erläutert. The direct connection of the source electrode S of the field effect transistor 40 in FIG. 3 saves the voltage divider of the exemplary embodiment according to FIG. 1 consisting of the resistors 44, 46. Corresponding quiescent current consumption also ceases. While the control current of the transistor 50 had to flow through the resistor 46 of the voltage divider in the case of a conductive field effect transistor 40 in the embodiment according to FIG. 1, in the embodiment in accordance with FIG. 3 the base B of the transistor 50 is directly associated with that of the measuring chamber 10 when the field effect transistor 40 is conductive Connection 18 connected. This is a significantly lower noise and less temperature-dependent circuit, which requires a significantly lower current gain of the transistor 50 compared to the exemplary embodiment according to FIG. 1; If an appreciable loss of power in the resistors 44, 46 of the voltage divider in the idle state is to be avoided in the embodiment according to FIG. 1, the resistors 44, 46 must have high resistance values and the transistor 50 must have a very high current gain in order to be able the control current path turned on resistor 46 to become conductive. In addition, it should be noted that both in the exemplary embodiment according to FIG. 1 and in that according to FIG. 3, in contrast to some ionization fire detectors according to the prior art, the base B of the transistor 50 is connected directly to the drain electrode D of the field effect transistor 40, so that an intermediate resistor does not cause a loss of signal power. Furthermore, in all of the exemplary embodiments, the light-emitting diode 52 is not connected between the emitter E of the transistor 50 and the connection 32, where it could hinder the transistor 50 from becoming conductive, but lies between the collector C of the transistor 50 and the connection point 53 of the partial resistors 36 , 38. The direct parallel connection of the control electrode source capacitance of the field effect transistor 40 to the measuring chamber 10 in the exemplary embodiment according to FIG. 3 has an advantageous effect when the supply voltage is switched on and in the event of sudden voltage jumps. This will be explained in the following.
Beim Einschalten der Versorgungsspannung springt in Fig. 3 die Spannung am Verbindungspunkt 34 unmittelbar auf denjenigen gegenüber dem Anschluss 18 negativen Spannungswert, der sich aus dem Spannungsteilerverhältnis des Rück-kopplungswiderstands 30 einerseits und der Teilwiderstände 36,38 andererseits ergibt. Sofort nach dem Einschalten liegt somit an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 die übliche, dem Ruhezustand entsprechende Spannung. Dagegen stellt sich am Verbindungspunkt 14 der Kammern 10,12 nicht sofort diejenige Spannung ein, die aufgrund der Widerstandswerte der Kammern 10,12 erwartet werden könnte. Vielmehr macht sich bei einer raschen Spannungsänderung bemerkbar, dass die Kammern 10,12 eine merkliche Kapazität aufweisen. Daher wirken die Kammern 10,12 zunächst überwiegend als ein kapazitiver Spannungsteiler, so dass sich die Spannung über der Messkammer 10 zur Spannung über der Referenzkammer 12 umgekehrt wie deren Kapazitätswerte verhält. Bei grosser Kapazität der Referenzkammer 12 liegt also unmittelbar nach dem Einschalten das Potential des Verbindungspunkts 14 der Kammern 10,12 näher am Potential des Verbindungspunkts 34 der Referenzkammer 12 mit dem Rückkopplungswiderstands 30 als am Potential des Anschlusses 18. Hierdurch könnte die Gefahr bestehen, dass der Schwellenwert des Potentials, bei dem der Melder in Selbsthaltung gerät, überschritten wird, wodurch fälschlich ein Meldesignal erzeugt würde. Tatsächlich kann jedoch eine gegenüber der Messkammer 10 grössere Kapazität der Referenzkammer 12 zugelassen werden, da parallel zur Kapazität der Messkammer 10 die Steuerelektroden-Quellen-Kapazität des Feldeffekttransistors 40 liegt. Dessen Wirkung ist um so grösser, je geringer die Kapazitäten der Kammern 10,12, insbesondere der Messkammer 10, sind. Zweckmässig wird angestrebt, durch die Form und Grösse der Elektroden 16,20 bzw. 22,24 den Kammern 10,12 jeweils eine Kapazität zu geben, die in der Grössenordnung der Steuerelektroden-Quellen-Kapazität des Feldeffekttransistors 40 liegt. When the supply voltage is switched on in FIG. 3, the voltage at the connection point 34 jumps directly to that voltage value which is negative with respect to the connection 18 and which results from the voltage divider ratio of the feedback resistor 30 on the one hand and the partial resistors 36, 38 on the other hand. Immediately after being switched on, the usual voltage corresponding to the idle state is applied to the series connection of the chambers 10, 12. In contrast, the voltage that could be expected on the basis of the resistance values of the chambers 10, 12 does not immediately appear at the connection point 14 of the chambers 10, 12. Rather, when the voltage changes rapidly, it becomes apparent that the chambers 10, 12 have a noticeable capacity. For this reason, the chambers 10, 12 initially act predominantly as a capacitive voltage divider, so that the voltage across the measuring chamber 10 and the voltage across the reference chamber 12 are inversely related to their capacitance values. If the reference chamber 12 has a large capacity, the potential of the connection point 14 of the chambers 10, 12 is immediately closer to the potential of the connection point 34 of the reference chamber 12 with the feedback resistor 30 than to the potential of the connection 18 immediately after switching on. This could result in the risk that the Threshold value of the potential at which the detector becomes latched is exceeded, as a result of which an alarm signal would be erroneously generated. In fact, however, a larger capacitance of the reference chamber 12 than the measuring chamber 10 can be permitted, since the control electrode source capacitance of the field effect transistor 40 lies parallel to the capacitance of the measuring chamber 10. Its effect is greater the smaller the capacities of the chambers 10, 12, in particular the measuring chamber 10, are. Appropriately, the shape and size of the electrodes 16, 20 and 22, 24 each give the chambers 10, 12 a capacitance which is in the order of magnitude of the control electrode source capacitance of the field effect transistor 40.
Das Verhältnis der Spannung Uio an der Messkammer 10 zur Spannung Um des Verbindungspunkts 34 gegenüber dem Anschluss 18, d. h. der Spannung an den Kammern 10,12, ist im Ruhezustand durch das Verhältnis des Widerstandswerts Rio der Messkammer 10 zur Summe dieses Widerstandswerts Rio und des Widerstandswerts R12 der Referenzkammer 12 gege- The ratio of the voltage Uio at the measuring chamber 10 to the voltage Um of the connection point 34 with respect to the connection 18, i. H. the voltage across the chambers 10, 12 is counteracted in the idle state by the ratio of the resistance value Rio of the measuring chamber 10 to the sum of this resistance value Rio and the resistance value R12 of the reference chamber 12.
bem »10 *10 <1>. bem »10 * 10 <1>.
U34 R10 + R12 U34 R10 + R12
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
Beim Einschalten der Versorgungsspannung liegt an der Messkammer 10 eine zeitlich veränderliche Spannung Ui0e, die durch die Kapazitätswerte Ciò, C12 der Messkammer 10 bzw. der Referenzkammer 12 bestimmt ist: When the supply voltage is switched on, there is a voltage Ui0e at the measuring chamber 10 which is determined by the capacitance values Ciò, C12 of the measuring chamber 10 or the reference chamber 12:
U10E. s . °12 . . U10E. s. ° 12. .
U34 C10 + C12 U34 C10 + C12
Damit nach dem Einschalten der Versorgungsspannung das Potential des Verbindungspunkts 14 der Kammern 10,12 nicht den Schwellenwert Us überschreitet, bei dem der Melder in Selbsthaltung geht, muss sein: So that after the supply voltage has been switched on, the potential of the connection point 14 of the chambers 10, 12 does not exceed the threshold value Us at which the detector goes into latching condition:
|uioe( - Iuio ( • | uioe (- Iuio (•
Durch Einsetzen der rechten Seiten der Formeln (1) und (2) in Gleichung (3) erhält man: By inserting the right sides of the formulas (1) and (2) in equation (3) one obtains:
hi c <■ c (4)' hi c <■ c (4) '
R10 12 -• ^10 R10 12 - • ^ 10
Hierbei ist zunächst die Steuerelektroden-Quellen-Kapazität des Feldeffekttransistors 40 noch nicht berücksichtigt. Hat diese einen nicht vernachlässigbaren Wert, so addiert sie sich, wie oben erläutert, zur Kapazität C10 der Messkammer 10, so dass man erhält: Here, the control electrode source capacitance of the field effect transistor 40 is not yet taken into account. If this has a non-negligible value, it is added to the capacitance C10 of the measuring chamber 10, as explained above, so that one obtains:
jp jp
12, n «i p +C (4') 12, n «i p + C (4 ')
12 " C10 LGS ; » 12 "C10 LGS;»
10 10th
worin CGs die Steuerelektroden-Quellen-Kapazität bezeichnet. Damit also der Melder beim Einschalten nicht ungewünscht in Selbsthaltung gerät, darf die mit dem umgekehrten Verhältnis der Widerstandswerte Rio, R12 der Messkammer 10 und der Referenzkammer 12 multiplizierte Kapazität C12 der Referenzkammer 12 gegenüber der Kapazität C10 der Messkammer um einen Betrag grösser sein, der höchstens so gross ist wie die Steuerelektroden-Quellen-Kapazität Cqs des Feldeffekttransistors 40. Zweckmässig wird der Referenzkammer 12 tatsächlich eine so grosse Kapazität gegeben, dass der linke Term der Gleichung (4') gleich der rechten Seite dieser Gleichung ist, um .eine möglichst gedrängte, kleinvolumige Bauweise des Melders zu fördern. where CGs denotes the control electrode source capacitance. So that the detector does not undesirably become locked when switched on, the capacitance C12 of the reference chamber 12 multiplied by the inverse ratio of the resistance values Rio, R12 of the measuring chamber 10 and the reference chamber 12 may be greater by an amount than the capacitance C10 of the measuring chamber is as large as the control electrode source capacitance Cqs of the field-effect transistor 40. The reference chamber 12 is expediently given such a large capacitance that the left term of the equation (4 ') is equal to the right side of this equation, in order to be as crowded as possible to promote small-volume construction of the detector.
Die in Fig. 4 gezeigte Abhängigkeit des Kammerstroms von der an den Kammern 10,12 liegenden Spannung ergibt wegen der negativen Speisespannung des Melders gemäss Fig. 3 ein im wesentlichen bezüglich der i-Achse spiegelsymmetrisches Bild bezüglich der Fig. 2, bei der die Speisespannung gemäss Fig. 1 als positiv vorausgesetzt wird. In Fig. 4 ist erkennbar, dass die an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 liegende Spannung beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 -10 V beträgt, was wieder durch eine entsprechende Bemessung des Rückkopplungswiderstands 30 und der mit ihm einen Spannungsteiler bildenden Teilwiderstände 36,38 erreicht wird. Im übrigen gilt auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 das zur Bemessung des Rückkopplungswiderstands 30 und der Teilwiderstände 36,38 anhand der Fig. 1 Gesagte. Auch haben in Fig. 4 die eingezeichneten Kurven und Spannungen entsprechend ihren Bezugszeichen diejenigen Bedeutungen und Eigenschaften, die anhand von Fig. 2 erläutert wurden. The dependency of the chamber current shown in FIG. 4 on the voltage applied to the chambers 10, 12 results in an image that is essentially mirror-symmetrical with respect to the i-axis with respect to FIG. 2, due to the negative supply voltage of the detector according to FIG 1 is assumed to be positive. In FIG. 4 it can be seen that the voltage applied to the series connection of the chambers 10, 12 in the exemplary embodiment according to FIG. 3 is -10 V, which is again due to a corresponding dimensioning of the feedback resistor 30 and the partial resistors 36, 38 forming a voltage divider with it is achieved. 3 also applies to the design of the feedback resistor 30 and the partial resistors 36, 38 with reference to FIG. 1. Also in FIG. 4, the curves and voltages drawn have the meanings and properties corresponding to their reference symbols, which have been explained with reference to FIG. 2.
In Fig. 5 sind einige mögliche Abwandlungen des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3 dargestellt, die bei besonderen Anforderungen zweckmässig sein können; einfachheitshalber sind nur diese Abwandlungen beschrieben, während die übrigen Teile und ihre Funktionen unverändert sind, soweit nichts Gegenteiliges ausgeführt ist. FIG. 5 shows some possible modifications of the exemplary embodiment according to FIG. 3, which may be expedient for special requirements; For the sake of simplicity, only these modifications are described, while the other parts and their functions are unchanged, unless otherwise stated.
Eine in Fig. 5 dargestellte Abwandlung gegenüber dem Melder gemäss Fig. 3 besteht darin, dass parallel zur Reihenschal617280 A modification shown in FIG. 5 compared to the detector according to FIG. 3 consists in that parallel to the series formwork 617280
tung der Teilwiderstände 36,38, die mit dem Rückkopplungswiderstand 30 einen Spannungsteiler bilden, ein zusätzlicher Widerstand 78 geschaltet ist. Dessen Widerstandswert liegt in der Grössenordnung der Widerstandswerte des Rückkopplungswiderstands 30 und des Teilwiderstands 36. Durch gegenüber Fig. 3 geringfügig abgeänderte Bemessung der letztgenannten Widerstände 30,36 kann erreicht werden, dass im Ruhezustand die an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 liegende Spannung einen gewünschten Wert von beispielsweise wieder -10 V aufweist. Damit ergeben sich im Ruhezustand und beim Eintritt von Brandfolgeprodukten in die Messkammer 10 zunächst, wie in Fig. 6 dargestellt, dieselben Wirkungen wie bei dem Brandmelder gemäss Fig. 3; die Spannung Uo des Verbindungspunkts 14 gegenüber dem Anschluss 18 erhöht sich in ihrem Betrag auf die Spannung Ui und überschreitet damit den Schwellenwert Us. Durch die hierauf erfolgende Rückkopplung wird dann wieder wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 durch das Leitendwerden des Transistors 50 ein zum Rückkopplungswiderstand 30 paralleler Strompfad gebildet, der den Teilwiderstand 36, die Leuchtdiode 52 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Transstors 50 umfasst. Dabei bildet jetzt jedoch die Parallelschaltung des Rückkopplungswiderstands 30 und des genannten Strompfads einen Spannungsteiler mit dem zusätzlichen Widerstand 78, so dass die Spannung an der Reihenschaltung der Kammern 10,12 nicht den Betrag der Speisespannung erreicht; wie in Fig. 6 dargestellt, können die Widerstandsproportionen beispielsweise so gewählt sein, dass die Spannung der Reihenschaltung -15 V beträgt. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich, liegt die Spannung U3, die sich in diesem Fall beim Verschwinden des Rauchs in der Messkammer 10 am Verbindungspunkt 14 gegenüber dem Anschluss 18 ergibt, immer noch betragsmässig über dem Schwellenwert Us, so dass auch in diesem Fall die Selbsthaltung erhalten bleibt. Durch die relativ geringe Änderung der Spannung an der Messkammer 10 aufgrund der Rückkopplung wird erreicht, dass in der Messkammer 10 ein gegenüber dem Ruhezustand nur geringfügig erhöhtes elektrisches Feld herrscht, wodurch die bei den geringen verwendeten Spannungen ohnehin schwache Neigung zu einer Abscheidung von Aerosolen auf den Elektroden 16,20 nicht merklich erhöht wird. Eine geringe ähnliche Wirkung wird übrigens auch bei allen Ausführungsbeispielen durch den Spannungsabfall von grössenordnungsgemäss 1 V erzielt, der sich an der Leuchtdiode 52 bei leitendem Transistor 50 ergibt; anstelle der Leuchtdiode 52 oder zusätzlich zu dieser können zwischen Transistor 50 und Verbindungspunkt 53 auch andere, zweckmässig nicht lineare Widerstandselemente liegen, deren Gesamtwiderstand jedoch nicht grösser als der Widerstandswert des Lastwiderstands 38 sein sollte. device of the partial resistors 36, 38, which form a voltage divider with the feedback resistor 30, an additional resistor 78 is connected. Its resistance value is in the order of magnitude of the resistance values of the feedback resistor 30 and the partial resistor 36. By dimensioning the latter resistors 30, 36 slightly different from FIG. 3, it can be achieved that in the idle state the voltage across the series connection of the chambers 10, 12 is a desired one Value of, for example, -10 V again. Thus, in the idle state and when fire secondary products enter the measuring chamber 10, as shown in FIG. 6, the same effects as with the fire detector according to FIG. 3 initially result; the voltage Uo of the connection point 14 with respect to the connection 18 increases in magnitude to the voltage Ui and thus exceeds the threshold value Us. As a result of the feedback which then takes place, a current path which is parallel to the feedback resistor 30 and which includes the partial resistor 36, the light-emitting diode 52 and the emitter-collector path of the transistor 50 is then formed again as in the exemplary embodiment according to FIG. However, the parallel connection of the feedback resistor 30 and said current path now forms a voltage divider with the additional resistor 78, so that the voltage across the series connection of the chambers 10, 12 does not reach the amount of the supply voltage; As shown in FIG. 6, the resistance proportions can be chosen, for example, so that the voltage of the series circuit is -15 V. As can further be seen from FIG. 6, the voltage U3, which in this case arises when the smoke disappears in the measuring chamber 10 at the connection point 14 opposite the connection 18, is still above the threshold value Us, so that in this case too Self-retention remains. The relatively small change in the voltage at the measuring chamber 10 due to the feedback means that there is an electric field in the measuring chamber 10 which is only slightly increased compared to the idle state, as a result of which the tendency to separate aerosols onto the particles, which is anyway weak at the low voltages used, prevails Electrodes 16, 20 are not noticeably increased. Incidentally, a slight similar effect is also achieved in all exemplary embodiments by the voltage drop of the order of 1 V, which results at the light-emitting diode 52 when the transistor 50 is conducting; Instead of or in addition to the light-emitting diode 52, there may also be other, expediently non-linear resistance elements between transistor 50 and connection point 53, the total resistance of which, however, should not be greater than the resistance value of load resistor 38.
Eine andere in Fig. 5 gezeigte Ausgestaltung des Melders gemäss Fig. 3, die auch unabhängig von den übrigen in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltungen verwendbar ist, besteht darin, dass zwischen die Quellenelektrode S des Feldeffekttransistors 40 und den mit der Messkammer 10 verbundeiien Anschluss 18 eine Zenerdiode 80 geschaltet ist, die bezüglich des Quellenstroms des Feldeffekttransistors 40 in Sperrichtung geschaltet ist. Hierdurch kann der Schwellenwert Us (Fig. 6) angehoben und/oder ein Feldeffekttransistor 40 mit betragsmässig geringerer Ansprechspannung verwendet werden. Another embodiment of the detector according to FIG. 3 shown in FIG. 5, which can also be used independently of the other configurations shown in FIG. 5, consists in that between the source electrode S of the field effect transistor 40 and the connection 18 connected to the measuring chamber 10 a zener diode 80 is connected, which is connected in the reverse direction with respect to the source current of the field effect transistor 40. As a result, the threshold value Us (FIG. 6) can be raised and / or a field effect transistor 40 with a lower response voltage in terms of amount can be used.
Eine weitere in Fig. 5 dargestellte Ausgestaltung, die wiederum unabhängig von den vorgenannten übrigen Ausgestaltungen verwirklicht werden kann, besteht darin, dass der Reihenschaltung der Kammern 10,12 ein Kondensator 82 parallel geschaltet ist. Der Kondensator 82 soll verhindern, dass bei gegenüber der Kapazität der Messkammer 10 grosser Kapazität der Referenzkammer 12 das Potential des Verbindungspunkts 14 beim Einschalten der Versorgungsspannung den Schwellenwert überschreitet. Hierzu muss der Kondensator 82 A further embodiment shown in FIG. 5, which in turn can be implemented independently of the other configurations mentioned above, consists in that a capacitor 82 is connected in parallel with the series connection of the chambers 10, 12. The capacitor 82 is intended to prevent the potential of the connection point 14 from exceeding the threshold value when the supply voltage is switched on when the capacity of the reference chamber 12 is large compared to the capacity of the measuring chamber 10. To do this, the capacitor 82
7 7
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
SI7 280 SI7 280
eine genügend grosse Kapazität aufweisen, um während seines Ladevorgangs unmittelbar nach dem Einschalten durch seinen Ladestrom einen genügenden zusätzlichen Spannungsabfall am Rückkopplungswiderstand 30 zu erzeugen. have a sufficiently large capacity to generate a sufficient additional voltage drop across the feedback resistor 30 during its charging process immediately after being switched on by its charging current.
Die anhand von Fig. 5 erläuterten möglichen Ausgestaltungen des Melders gemäss Fig. 3 sind auch bei dem Melder gemäss Fig. 1 und bei sonstigen im Rahmen der Erfindung denkbaren Ausführungsformen anwendbar. The possible configurations of the detector according to FIG. 3 explained with reference to FIG. 5 can also be used with the detector according to FIG. 1 and with other embodiments conceivable within the scope of the invention.
Bei den in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ist wie in Fig. 1 die Kathode des ersten elektronischen Schaltelements, nämlich die Quellenelektrode S des Feldeffekttransistors 40, über einen Widerstand 46 mit dem mit der Messkammer 10 verbundenen Anschluss 18 des Melders verbunden, wobei der genannte Widerstand 46 Teil des den weiteren Widerstand 44 umfassenden, zwischen die Anschlüsse 18,32 geschalteten Spannungsteilers ist, an dessen Verbindungspunkt 42 die Quellenelektrode S angeschlossen ist. Abweichend von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist jedoch in Fig. 7 und 8 parallel zum Widerstand 46 die Hauptstromstrecke eines dritten elektronischen Schaltelements geschaltet, das von dem zweiten elektronischen Schaltelement, nämlich dem bipolaren Transistor 50, bei dessen Leitendwerden in den leitenden Zustand steuerbar ist. Dies sei im folgenden noch näher erläutert. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 7 and 8, as in FIG. 1, the cathode of the first electronic switching element, namely the source electrode S of the field effect transistor 40, is connected via a resistor 46 to the connector 18 of the detector connected to the measuring chamber 10, the The named resistor 46 is part of the voltage divider comprising the further resistor 44 and connected between the connections 18, 32, to the connection point 42 of which the source electrode S is connected. 7 and 8, the main current path of a third electronic switching element, which can be controlled by the second electronic switching element, namely the bipolar transistor 50, when it becomes conductive, is connected in parallel to the resistor 46 in FIGS. 7 and 8. This will be explained in more detail below.
Werden in Fig. 7 beim Ansprechen infolge des Eintritts von Brandfolgeprodukten in die Messkammer 10 der Feldeffekttransistor 40 und der Transistor 50 leitend, so wird hierdurch das dritte elektronische Schaltungselement in Gestalt eines weiteren bipolaren Transistors 84 leitend gemacht, um die Wirkung des Widerstands 46 aufzuheben und die Rückkopplung zu verstärken. Der weitere Transistor 84 ist nämlich mit seiner Hauptstromstrecke, der Emitter-Kollektor-Strecke E'-C', parallel zu dem Widerstand 46 geschaltet. Die Basis B' des weiteren Transistors 84 ist über einen den Basisstrom begrenzenden Begrenzungswiderstand 86 ausschliesslich mit dem Kollektor des Transistors 50 verbunden. If the field effect transistor 40 and the transistor 50 become conductive in response to the occurrence of fire secondary products in the measuring chamber 10 in FIG. 7, the third electronic circuit element in the form of a further bipolar transistor 84 is thereby rendered conductive in order to cancel the effect of the resistor 46 and to reinforce the feedback. The further transistor 84 is namely connected with its main current path, the emitter-collector path E'-C ', in parallel with the resistor 46. The base B 'of the further transistor 84 is connected exclusively to the collector of the transistor 50 via a limiting resistor 86 which limits the base current.
Zu Fig. 7 ist noch zu bemerken, dass auch hier wie in Fig. 3 und 5 eine Leuchtdiode 52 zur Anzeige des angesprochenen Zustands vorgesehen ist, dass diese jedoch zwischen dem als Lastwiderstand dienenden Teilwiderstand 38 und demjenigen Anschluss 18 des Melders liegt, an den die Messkammer 10 angeschlossen ist. Damit bildet die Leuchtdiode 52 selbst einen Teilwiderstand desjenigen die Teilwiderstände 36,38 umfassenden Spannungsteilers, der der Reihenschaltung der Kammern 10,12 parallel geschaltet ist. With regard to FIG. 7, it should also be noted that, as in FIGS. 3 and 5, a light-emitting diode 52 is provided to indicate the state in question, but that this is located between the partial resistor 38 serving as a load resistor and that terminal 18 of the detector to which the measuring chamber 10 is connected. Thus, the light emitting diode 52 itself forms a partial resistor of the voltage divider comprising the partial resistors 36, 38, which is connected in parallel with the series connection of the chambers 10, 12.
Wird wie in Fig. 7 die Steuerelektrode des dritten elektronischen Schaltungselements ausschliesslich über einen Begrenzungswiderstand mit einer Hauptelektrode des zweiten elektronischen Schaltungselements verbunden, so hat dies den Vorteil eines relativ einfachen Schaltungsaufbaus. Andererseits ist es ebenfalls möglich, die Steuerelektrode des dritten elektronischen Schaltungselements an einen Spannungsteiler anzu-schliessen, der zwischen einer Hauptelektrode des zweiten elektronischen Schaltungselements und dem mit der Messkammer verbundenen Anschluss des Melders liegt. Dies kann dann, wenn der Melder einen zwischen einer Hauptelektrode des zweiten elektronischen Schaltungselements und dem genannten Melderanschluss liegenden Lastwiderstand aufweist, in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass dieser Lastwiderstand als Spannungsteiler ausgebildet ist, an den die Steuerelektrode des dritten elektronischen Schaltungselements angeschlossen ist. So wäre es beispielsweise bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel in Abweichung vom Dargestellten möglich, den als Lastwiderstand dienenden Teilwiderstand 38 in zv/ei v/eitere ohmsche Widerstände von dem Teilwiderstand 38 gleichem Gesamtwiderstand zu unterteilen und die Basis B' des Transistors 84 mit dem Verbindungspunkt der genannten Widerstände zu verbinden. Ebenfalls wäre es möglich, anstelle des Teilwiderstands 38 ein Potentiometer vorzusehen, an dessen Abgriff die Basis B' des Transistors 84 angeschlossen ist. If, as in FIG. 7, the control electrode of the third electronic circuit element is connected exclusively to a main electrode of the second electronic circuit element via a limiting resistor, this has the advantage of a relatively simple circuit structure. On the other hand, it is also possible to connect the control electrode of the third electronic circuit element to a voltage divider which lies between a main electrode of the second electronic circuit element and the connection of the detector connected to the measuring chamber. If the detector has a load resistor located between a main electrode of the second electronic circuit element and said detector connection, this can be achieved in a simple manner by designing this load resistor as a voltage divider to which the control electrode of the third electronic circuit element is connected. For example, in the embodiment shown in FIG. 7, in deviation from what is shown, it would be possible to subdivide the partial resistor 38 serving as the load resistor into zv / ei v / other ohmic resistances from the partial resistor 38 with the same total resistance and the base B 'of the transistor 84 to connect the connection point of the resistors mentioned. It would also be possible to provide a potentiometer instead of the partial resistor 38, to the tap of which the base B 'of the transistor 84 is connected.
In manchen Fällen ist es nicht möglich oder nicht zweckmässig, den Lastwiderstand als Spannungsteiler auszubilden. In solchen Fällen kann dem Lastwiderstand ein gesonderter Spannungsteiler parallel geschaltet werden. Eine entsprechende Lösung zeigt Fig. 8. Das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Ionisations-Brandmelders stimmt mit demjenigen nach Fig. 7 weitgehend überein; übereinstimmende Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet In some cases it is not possible or not practical to design the load resistor as a voltage divider. In such cases, a separate voltage divider can be connected in parallel to the load resistor. A corresponding solution is shown in FIG. 8. The exemplary embodiment of an ionization fire detector shown in FIG. 8 largely corresponds to that of FIG. 7; matching parts are identified by the same reference numerals
Bei dem Melder gemäss Fig. 8 ist der Lastwiderstand von der Spule 38' eines Relais gebildet, das beim Ansprechen des Melders einen potentialfreien Schliesskontakt 88 betätigt. Hierbei ist es nicht in einfacher Weise möglich, den Lastwiderstand als Spannungsteiler auszubilden. Stattdessen ist der Begrenzungswiderstand 86 in Reihe mit einem weiteren Widerstand 90 in Reihe zwischen dem Verbindungspunkt 53 und dem Anschluss 18 geschaltet, so dass diese Widerstände 86,90 einen Spannungsteiler bilden. An diesen ist die Basis B' des Transistors 84 angeschlossen. Hierdurch wird ebenso wie bei den anhand von Fig. 7 erläuterten weiteren Möglichkeiten der Ausbildung des Spannungsteilers erreicht, dass beim Ansprechen des Melders die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 84 einen vorgegebenen Wert annimmt, der nur einen durch das Spannungsteilerverhältnis des Widerstands 90 und des Begrenzungswiderstands 86 bestimmten Bruchteil der Speisespannung beträgt. In the detector according to FIG. 8, the load resistance is formed by the coil 38 'of a relay which actuates a potential-free closing contact 88 when the detector responds. It is not easily possible to design the load resistor as a voltage divider. Instead, the limiting resistor 86 is connected in series with a further resistor 90 in series between the connection point 53 and the connection 18, so that these resistors 86, 90 form a voltage divider. The base B 'of the transistor 84 is connected to this. As in the case of the other options for the formation of the voltage divider explained with reference to FIG. 7, this ensures that when the detector responds, the base-emitter voltage of the transistor 84 assumes a predetermined value which is only one due to the voltage divider ratio of the resistor 90 and Limiting resistance 86 certain fraction of the supply voltage.
Allgemein sei noch bemerkt, dass sich der lonisations-Brandmelder gemäss der Erfindung durch äusserste Einfachheit auszeichnet. Da er zudem auch, wie mehrfach erläutert, sehr kleinvolumig ausgeführt werden kann, handelt es sich bei ihm um einen unkomplizierten, einfach und billig herzustellenden Massenartikel. Im Gegensatz zu Ionisations-Brandmeldern nach dem Stand der Technik, wo eine möglichst grosse Zuverlässigkeit des Brandmelders durch zusätzliche Schaltungsmass-nahmen, insbesondere durch eine zusätzliche Störungsmeldung bei geringen und/oder sich über lange Zeiträume erstreckenden Änderungen des Widerstandswerts der Messkammer angestrebt wurde, wird der Brandmelder gemäss der Erfindung zweckmässig in seinem anhand der Ausführungsbeispiele beschriebenen einfachen Schaltungsaufbau hergestellt. Als billiger Massenartikel kann der Brandmelder so regelmässig gegen einen neuen ausgetauscht werden, bevor noch die Gefahr besteht, dass der Melder aufgrund von Alterungserscheinungen oder Staubablagerungen unzuverlässig wird. Diese Methode ist wesentlich unaufwendiger als der seither gegangene Weg, einerseits durch Schaltungsaufwand Störungen zu vermeiden und andererseits im Falle eines Störungsalarms trotzdem Fachkräfte zu Hilfe rufen zu müssen. In general, it should also be noted that the ionization fire detector according to the invention is extremely simple. Since it can also, as has been explained several times, have a very small volume, it is an uncomplicated, simple and inexpensive mass-produced item. In contrast to state-of-the-art ionization fire detectors, where the greatest possible reliability of the fire detector was sought through additional circuitry measures, in particular through an additional fault report with small and / or long-term changes in the resistance value of the measuring chamber, the Fire detector according to the invention expediently manufactured in its simple circuit structure described on the basis of the exemplary embodiments. As a cheap, mass-produced item, the fire detector can be replaced regularly with a new one before there is still a risk that the detector will become unreliable due to signs of aging or dust deposits. This method is much less expensive than the path that has been followed since then, on the one hand to avoid malfunctions due to circuitry and on the other hand to have to call for help in the event of a malfunction alarm.
Als eine weitere Massnahme, um eine möglichst einfache und kleine Bauweise des Melders zu erzielen, kann vorgesehen sein, dass die Schaltungselemente des Melders zumindest überwiegend als integrierte Schaltung auf einer gemeinsamen Unterlage (Chip) untergebracht sind. Beispielsweise können bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Rückkopplungswiderstand 30, der Teilwiderstand 36, der Feldeffekttransistor 40, der Transistor 50, der Widerstand 48 und die Diode 74 auf einer gemeinsamen Unterlage als integrierte Schaltung untergebracht sein, während der als Lastwiderstand dienende Teilwiderstand 38 auf der gemeinsamen Unterlage nur dann angebracht werden sollte, wenn eine gute Wärmeabfuhr von dieser sichergestellt ist. As a further measure to achieve a simple and small construction of the detector, it can be provided that the circuit elements of the detector are at least predominantly housed as an integrated circuit on a common base (chip). For example, in the exemplary embodiment according to FIG. 3, the feedback resistor 30, the partial resistor 36, the field effect transistor 40, the transistor 50, the resistor 48 and the diode 74 can be accommodated on a common base as an integrated circuit, while the partial resistor 38 serving as a load resistor can be accommodated The joint pad should only be attached if good heat dissipation from it is ensured.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass die Massnahmen, durch die nach einem Einschalten der Versorgungsspannung vermieden wird, dass das Potential am Kammer-Verbindungspunkt 14 den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, insbesondere die anhand Fig. 3 erläuterte Bemessung der Kapazität der Kammern 10,12, auch bei sonstigen Ionisations- Finally, it should also be pointed out that the measures which, after the supply voltage is switched on, prevent the potential at the chamber connection point 14 from exceeding the predetermined threshold value, in particular the dimensioning of the capacitance of the chambers 10, 12 explained with reference to FIG. 3 with other ionization
8 8th
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
9 617280 9 617280
Brandmeldern mit in Reihe geschalteter Mess- und Referenz- können. Dies gilt insbesondere für die eingangs als Stand der kammer zum gleichen Zweck mit Vorteil verwendet werden Technik beschriebenen Melder. Fire detectors with measuring and reference capabilities connected in series. This applies in particular to the detectors initially described as the state of the chamber used for the same purpose with advantage.
G G
3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings
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