CH625071A5

CH625071A5 - Ionisation fire detector

Info

Publication number: CH625071A5
Application number: CH1514277A
Authority: CH
Inventors: Thilo Dr Peer
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1981-08-31
Also published as: DE2711457A1; DE2711457C2; NL7802821A; FR2384307B1; AT363014B; DK142515C; NO780876L; BE864974A; FR2384307A1; DK142515B; IT1094274B; DK116878A; SE438385B; LU79226A1; NO141008B; SE7802995L; ATA177678A; IT7821086A0; NO141008C

Description

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2 2nd

PATENTANSPRÜCHE tionsmeldern nicht möglich, ohne die Funktion zu beeinträchti- PATENT CLAIMS not possible without affecting the function

1 .Ionisationsbrandmelder mit einer eine Strahlungsquelle gen. Im Interesse des Umweltschutzes ist eine derartige Redu-enthaltenden offenen Messkammer, welche mit einem Ver- zierung jedoch nach wie vor geboten. 1. Ionization fire detector with a radiation source. In the interest of environmental protection, such a reducing-containing open measuring chamber, which, however, is still required with an ornament.

gleichswiderstand in Reihe an eine Versorgungsspannung Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ionisationsbrandmelder angeschaltet ist, wobei an einer in der Messkammer angeordne- 5 der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mit einer erhebten, den Verbindungspunkt von Messkammer und Vergleichs- lieh geringeren Radioaktivität als herkömmliche Brandmelder widerstand bildenden Messelektrode Spannungsänderungen auskommt und trotzdem in seiner Funktion nicht beeinträch-abgreifbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wider- tigt ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der standswert des Vergleichswiderstandes (Rv) um mindestens die Widerstandswert des Vergleichswiderstandes um mindestens Hälfte kleiner als der Widerstandswert (RM) der Messkammer to die Hälfte kleiner als der Widerstandswert der Messkammer im (1 ) im Ruhezustand ist, und dass die isolierenden Träger (15,16) Ruhezustand ist, und dass die isolierenden Träger für die Messfür die Messelektrode (13) einerseits und für die Gitterelek- elektrode einerseits und für die Gitterelektrode der Messkam-trode (12) der Messkammer (11) andererseits unabhängig von- mer andererseits unabhängig voneinander elektrisch mit der einander elektrisch mit der Eingangselektrode (17) des Ver- Eingangselektrode des Vergleichswiderstandes gekoppelt sind, gleichswiderstandes gekoppelt sind. 15 Während bei herkömmlichen Ionisationsbrandmeldern die DC resistance in series with a supply voltage. The object of the invention is to switch on an ionization fire detector, with an arrangement in the measuring chamber of the type mentioned at the outset which has a higher radioactivity than the conventional one, which is the connection point between the measuring chamber and the comparison Fire detector resistance-forming measuring electrode needs changes in voltage and still cannot be tapped in terms of its function, characterized in that the resistance is unacceptable. This is achieved according to the invention in that the level of the comparison resistor (Rv) is at least half the resistance value (RM) of the measuring chamber to at least half the resistance value of the measuring chamber in (1) at rest by at least the resistance value of the comparison resistor, and that the insulating carrier (15, 16) is at rest, and that the insulating carrier for the measurement for the measuring electrode (13) on the one hand and for the grid electrode on the one hand and for the grid electrode of the measuring cam (12) of the measuring chamber (11) on the other hand independently of one another, independently of one another, are electrically coupled to each other, with which the electrical coupling is electrically coupled to the input electrode (17) of the input input electrode of the comparison resistor. 15 While in conventional ionization fire detectors

2. Ionisationsbrandmelder nach Anspruch 1, dadurch Vergleichskammer oder der an ihrer Stelle verwendete Vergekennzeichnet, dass der Widerstand (RM) der Messkammer gleichswiderstand jeweils etwa den gleichen Widerstandswert (11) um eine bis zwei Zehnerpotenzen grösser ist als der Ver- hatten wie die Messkammer, wird beim erfindungsgemässen gleichswiderstand (Rv). Brandmelder dieser Vergleichswiderstand wesentlich niedriger 2. Ionization fire detector according to claim 1, characterized in the comparison chamber or the ver used in its place that the resistance (RM) of the measuring chamber DC resistance is approximately the same resistance value (11) by one to two powers of ten greater than what was done as the measuring chamber, is the DC resistance (Rv) according to the invention. Fire detectors this comparison resistance much lower

3. Ionisationsbrandmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 gewählt als der Widerstand der Messkammer. Dadurch wird gekennzeichnet, dass der Träger (16) für die Messelektrode (13) die Anforderung an den Isolationswiderstand im Vergleichsais Vergleichswiderstand (Rv) dient. zweig vermindert, da die Grösse dieses Isolationswiderstandes nicht absolut, sondern nur im Verhältnis zum Messwiderstand von Bedeutung ist. Durch die Wahl eines verhältnismässig klei-25 nen Vergleichswiderstandes liegt von der Gesamtspannung nur ein relativ kleiner Spannungsanteil am Messwiderstand und damit auch am parallel liegenden Isolationswiderstand. Das Die Erfindung bezieht sich auf einen Ionisationsbrandmel- bedeutet, dass auch nur ein sehr kleiner Isolationsstrom parallel der mit einer eine Strahlungsquelle enthaltenden offenen Mess- zum Vergleichswiderstand fliessen kann. 3. Ionization fire detector according to claim 1 or 2, thereby selected 20 as the resistance of the measuring chamber. This indicates that the carrier (16) for the measuring electrode (13) serves the insulation resistance requirement in the comparison or comparison resistor (Rv). branch reduced, since the size of this insulation resistance is not of importance, but only in relation to the measuring resistance. By choosing a relatively small comparison resistor, only a relatively small part of the total voltage is due to the measuring resistor and thus also to the parallel insulation resistance. The invention relates to an ionization fire detector, which means that even a very small insulation current can flow in parallel with the open measurement resistor for comparison with a radiation source.

kammer, welche mit einem Vergleichswiderstand in Reihe an 30 Dabei muss allerdings die Konstruktion so gewählt werden, eine Versorgungsspanne angeschaltet ist, wobei an einer in der dass parallel zur Messkammer, an der der grösste Teil der Messkammer angeordneten, den Verbindungspunkt von Mess- Spannung anliegt, kein Isolationsstrom fliessen kann. Die isolie-kammer und Vergleichswiderstand bildenden Messelektrode renden Träger für die Messkammer einerseits und für die Mess-Spannungsänderungen abgreifbar sind. elektrode andererseits müssen also derart an einer Aussen- chamber, which has a comparative resistor in series with 30. However, the construction must be selected so that a supply span is switched on, whereby the connection point of the measuring voltage is applied to one parallel to the measuring chamber, on which most of the measuring chamber is arranged , no insulation current can flow. The measuring electrode forming the isolating chamber and comparative resistance supports the measuring chamber on the one hand and for the measurement voltage changes. electrode, on the other hand, must be

Ionisationsbrandmelder sind seit langem bekannt. Bei ihnen 35 elektrode befestigt sein, dass zwischen der Messelektrode und ionisiert ein radioaktives Präparat die Luft zwischen zwei Elek- der Gehäuseelektrode der Messkammer keine Isolierstoff-troden, also im allgemeinen zwischen dem metallischen brücke besteht. Isolationsströme der Messkammer können Ionization fire detectors have been known for a long time. With them, 35 electrodes must be attached so that between the measuring electrode and a radioactive preparation, the air between two electrodes, the housing electrode of the measuring chamber does not have any insulating material electrodes, ie generally between the metallic bridge. Isolation currents of the measuring chamber can

Gehäuse der Messkammer und der in ihr angeordneten Mess- dann nur zwischen den Klemmen der Versorgungsspannung elektrode, so dass beim Anlegen einer Spannung an die Elektro- und nicht zur Messelektrode fliessen. Housing of the measuring chamber and the measuring electrode arranged in it then only between the terminals of the supply voltage electrode, so that when a voltage is applied to the electrical and not to the measuring electrode.

den ein Strom fliest Beim Eindringen von Rauch in die Mess- 40 Mit der erfindungsgemäss erreichten Verringerung des kammer reduziert die Anlagerung schwerer Rauchpartikel an Isolationsstroms kann im selben Verhältnis der Messstrom die Luftionen den Kammerstrom, was als Messgrösse ausge- geringer werden, ohne dass die Funktion des Brandmelders wertet wird. Zu diesem Zweck wird der Kammerstrom in der verschlechtert würde. Damit kann die Messkammer auch mit Regel über eine zweite Kammer (Vergleichskammer) geführt. einer entsprechend geringeren Radioaktivität ausgestattet Die Spannungsänderung am Verbindungspunkt beider Kam- 45 werden. Bei einer Verringerung des Messstroms auf ein Zehn-mern, d. h. an der Messelektrode, kann dann gemessen und tel des bisherigen Wertes könnte also theoretisch die Radioak- a current flows When smoke penetrates the measuring 40 With the reduction of the chamber achieved according to the invention, the accumulation of heavy smoke particles on insulation current reduces the measuring current in the same ratio, the air ions and the chamber current, which as measuring quantity can be reduced without the function the fire detector is evaluated. For this purpose the chamber flow would deteriorate. This means that the measuring chamber can also be routed through a second chamber (comparison chamber). of a correspondingly lower level of radioactivity. When the measuring current is reduced to a tens, i.e. H. at the measuring electrode, can then be measured and the radio ac

angezeigt werden. tivität auf ein Hundertstel gesenkt werden, da sich der Mess- are displayed. activity can be reduced to a hundredth because the measurement

Um die Strahlenbelastung der Umwelt durch Ionisations- ström (Ionisation) proportional zur Wurzel aus der Radioaktivi-brandmelder möglichst gering zu halten, ist man seit längerer tät verhält Wenn dieser Wert wegen verschiedener anderer Zeit bereits dazu übergegangen, den Kammerstrom statt über 50 Einflüsse auch nicht voll zur Auswirkung kommen kann, so ist eine Vergleichskammer über einen Messwiderstand zu führen. doch eine erhebliche Verminderung der Radioaktivität mög-Damit konnte auch die radioaktive Strahlungsquelle für die lieh, ohne dass an den Isolationswiderstand höhere Anforde-Vergleichskammer eingespart werden. Ausserdem werden für rangen gestellt werden müssen. So ist bei einer besonders vor-die Messkammer möglichst schwache radioaktive Präparate teilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass verwendet Dadurch ist der Kammerstrom ausserordentlich 55 der Vergleichswiderstand um etwa eine bis zwei Zehnerpoten-niedrig, was hohe Anforderungen an die elektrische Isolation zen kleiner ist als der Widerstand der Messkammer. Diese hat des Aufbaus und der Messeinrichtung stellt. Die Messelektrode also dann beispielsweise einen Widerstand von 1012 Ohm, wäh-muss konstruktiv isoliert von den beiden Gegenelektroden rend der Vergleichswiderstand einen Wert in der Grössenord- In order to keep the radiation exposure of the environment due to ionization current (ionization) proportional to the root from the radioactive fire detector as low as possible, it has been done for a long time. If this value has already started due to various other times, the chamber current instead of more than 50 influences also not can take full effect, a comparison chamber is to be passed over a measuring resistor. However, the radioactive radiation source for the loan could be considerably reduced without having to save on the insulation resistance, which required a higher comparison chamber. Also will have to be ranked. Thus, in a particularly preferred embodiment of the invention which is particularly weak in the measuring chamber, radioactive preparations which are as weak as possible are used. As a result, the chamber current is extraordinarily low, the comparison resistance is approximately one to two tens of potentiometers, which makes high demands on the electrical insulation less than that Resistance of the measuring chamber. This has the structure and the measuring device. The measuring electrode then has, for example, a resistance of 1012 ohms, while must be structurally isolated from the two counter electrodes, and the comparison resistance has a value in the order of magnitude.

angeordnet werden, und über den isolierenden Träger für die nung von 1010 bis 1011 Ohm besitzt Die Radioaktivität kann in Messelektrode fliesst ein, wenn auch äusserst geringer, Isola- m> diesem Fall ohne weiteres bis auf 0,1 bis 0,01 Mikrocurie ver-tionsstrom, der das Messergebnis des Brandmelders verfäl- mindert werden. The radioactivity can flow into the measuring electrode, although it is extremely low, isolates easily to 0.1 to 0.01 microcurie in the measuring electrode. current that will falsify the measurement result of the fire detector.

sehen könnte. Einer Verringerung der Radioaktivität werden In einer Weiterbildung der Erfindung ist ausserdem vorge- could see. A reduction in radioactivity is also provided.

also dann Grenzen gesetzt wenn der Kammerstrom bis in die sehen, den Träger für die Messelektrode selbst als Vergleichs-Grössenordnung des Isolationsstroms verringert wird. Da eine widerstand auszubilden. This means that there are limits when the chamber current is reduced as far as the carrier for the measuring electrode itself is reduced as a comparative magnitude of the insulation current. Because to train resistance.

weitere Verbesserung, d. h. Vergrösserung der Isolationswider- 65 Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh-stände, mit den zur Verfügung stehenden Werkstoffen derzeit rungsbeispiels näher erläutert nicht mehr möglich erscheint ist eine weiter Reduzierung der Es zeigen further improvement, d. H. Enlargement of the insulation resistance 65 The invention is explained in the following on the basis of an embodiment with which the materials available are currently no longer possible. A further reduction in the figures is shown

Radioaktivität bei den bisherigen Konstruktionen von Ionisa- Fig. 1 den schematischen Aufbau eines herkömmlichen Radioactivity in the previous designs of Ionisa- Fig. 1 shows the schematic structure of a conventional

3 3rd

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Ionisationsbrandmelders, Ionization fire detector,

Fig. 2 den schematischen Aufbau für einen erfindungsgemäss ausgelegten Ionisationsbrandmelder. Fig. 2 shows the schematic structure for an ionization fire detector designed according to the invention.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Messfühler eines Ionisationsbrandmelders. Er besteht im wesentlichen 5 aus einer Messkammer (Ionisationskammer) 1 und einem Vergleichswiderstand Rv, die beide in Serie an eine Versorgungsspannung U0 angeschaltet sind. Die Messkammer 1 besitzt als Gehäuse eine Gitterelektrode 2, welche die Umgebungsluft ungehindert in die Kammer 1 eindringen lässt, sowie eine Mess- ic elektrode 3. In der Messkammer 1 sind schwach radioaktive Präparate 4 angeordnet, welche die Luft zwischen der Gitterelektrode und der Messelektrode ionisieren und beim Anliegen der SpannungU0 einen Kammerstrom zwischen der Messelektrode 3 und der Gitterelektrode 2 fliessen lassen. Die Messkam- 15 mer 1 wirkt also wie ein hochohmiger Widerstand RM, der in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Messkammer 1 (Rm) und der Vergleichswiderstand Rv bilden also einen Spannungsteiler, dessen Abgriffspunkt durch die Messelektrode 3 gebildet wird. Beim Eindringen von Rauch in die Messkammer lagern 20 sich die schweren Rauchpartikel an die Luftionen an und reduzieren den Kammerstrom. Dadurch verändert sich die Spannung an der Messelektrode 3, was als Mehrgrösse ausgewertet wird. Diese Auswertung erfolgt mit einer bekannten Schaltung, welche hier nicht näher dargestellt wurde. 2. Fig. 1 shows a schematic representation of the sensor of an ionization fire detector. It consists essentially of 5 a measuring chamber (ionization chamber) 1 and a comparison resistor Rv, both of which are connected in series to a supply voltage U0. The measuring chamber 1 has, as a housing, a grid electrode 2, which allows the ambient air to enter the chamber 1 unhindered, and a measuring electrode 3. In the measuring chamber 1, weakly radioactive preparations 4 are arranged which ionize the air between the grid electrode and the measuring electrode and allow a chamber current to flow between the measuring electrode 3 and the grid electrode 2 when the voltage U0 is applied. The measuring chamber 1 therefore acts like a high-resistance resistor RM, which is shown in broken lines in FIG. 1. The measuring chamber 1 (Rm) and the comparison resistor Rv thus form a voltage divider whose tap point is formed by the measuring electrode 3. When smoke enters the measuring chamber, the heavy smoke particles accumulate in the air ions and reduce the chamber flow. As a result, the voltage at the measuring electrode 3 changes, which is evaluated as an additional quantity. This evaluation is carried out with a known circuit, which was not shown here. 2nd

Der Widerstand Rm in der Messkammer 1 ist sehr hoch, da nur sehr schwache radioaktive Präparate hier verwendet werden sollen. Damit ist auch der Kammerstrom JM, der auch über den Vergleichswiderstand Rv fliesst, sehr klein, nämlich etwa in der Grössenordnung von 10~n Ampere. Bei dieser Grössenord- 30 nung müssen aber auch bereits die Isolationsströme berücksichtigt werden, welche über die isolierenden Träger 5 und 6 für die Gitterelektrode 2 bzw. für die Messelektrode 3 fliessen. Der Widerstand des Trägers 6 ist mit Rn und der Widerstand des Trägers 5 mit Ri2 bezeichnet; über diese Strecken fliessen die 35 entsprechenden Isolationsströme Jn und ]l2- Dabei ist der Isolationsstrom Ji2 unbeachtlich, da er lediglich zwischen der Eingangselektrode 7 des Vergleichswiderstandes Rv und der Gitterelektrode 2 fliesst und die Spannung an der Messelektrode nicht beeinflusst. Der Isolationsstrom Jn dagegen verändert die 40 Spannung an der Messelektrode 3; er darf deshalb höchstens 20% des Messstromes IM betragen, wenn die Funktion des Brandmelders nicht beeinträchtigt werden soll. The resistance Rm in the measuring chamber 1 is very high, since only very weak radioactive preparations are to be used here. The chamber current JM, which also flows through the comparison resistor Rv, is thus also very small, namely in the order of magnitude of 10 ~ n amperes. With this order of magnitude, however, the insulation currents which flow via the insulating supports 5 and 6 for the grid electrode 2 and for the measuring electrode 3 must also be taken into account. The resistance of the carrier 6 is denoted by Rn and the resistance of the carrier 5 by Ri2; The 35 corresponding insulation currents Jn and] l2 flow over these distances. The insulation current Ji2 is irrelevant, since it only flows between the input electrode 7 of the comparative resistor Rv and the grid electrode 2 and does not influence the voltage at the measuring electrode. The insulation current Jn, on the other hand, changes the voltage at the measuring electrode 3; it may therefore not exceed 20% of the measuring current IM if the function of the fire detector is not to be impaired.

Nimmt man nun an, dass bei herkömmlichen Ionisationsbrandmeldern der Vergleichswiderstand Rv, der auch eine Ver- 45 gleichsionisationskammer sein kann, etwa den gleichen Widerstandswert besitzt, wie der Widerstand Rm der Messkammer 1, so liegt am Vergleichswiderstand Rv eine Spannung Uv und an der Messkammer eine Spannung Um, für welche gilt: If it is now assumed that in conventional ionization fire detectors the comparison resistor Rv, which can also be a comparison ionization chamber, has approximately the same resistance value as the resistance Rm of the measuring chamber 1, then there is a voltage Uv at the comparison resistor Rv and one at the measuring chamber Voltage Um, to which applies:

11 11

UM AROUND

Ti Ti

Oo Oo

2^i1 2 ^ i1

Da man, wie erwähnt, den Isolationswiderstand Rn nicht mehr beliebig vergrössern kann, darf auch der Widerstand RM der Messkammer nicht weiter vergrössert werden, um das Verhältnis von Kammerstrom Im zu Isolationsstrom Jn nicht zu verschlechtern. Eine Verkleinerung des Vergleichswiderstandes Rv bei einer Konstruktion gemäss Fig. 1 würde das Verhältnis noch verschlechtern, da dann die Spannung Um grösser als Uo/2 würde. Since, as mentioned, the insulation resistance Rn can no longer be increased arbitrarily, the resistance RM of the measuring chamber must not be increased further in order not to deteriorate the ratio of chamber current Im to insulation current Jn. A reduction in the comparative resistance Rv in a construction according to FIG. 1 would make the ratio even worse, since the voltage Um would then be greater than Uo / 2.

Den schematischen Aufbau eines erfindungsgemässen Ionisationsbrandmelders zeigt Fig. 2. Die Messkammer 11 ist von der Gitterelektrode 12 umgeben, welche von einem isolierenden Träger 15 gehalten ist. Die Messelektrode 13 wird von einem isolierenden Träger 16 gehalten, welcher im Gegensatz zur Fig. 1 nicht mit der Gitterelektrode 11 bzw. deren Träger 15 verbunden ist, sondern unmittelbar an der Eingangselektrode 17 hängt. Aufgrund dieser Konstruktion fliesst der unerwünschte Isolationsstrom Jn nicht mehr wie in Fig. 1 zwischen der Messelektrode 13 und der Gitterelektrode 12, sondern zwischen der Eingangselektrode 17 und der Messelektrode 13, also parallel zum Vergleichswiderstand Rv. Legt man nun an die Elektroden 12 und 17 wiederum die Spannung U0, so fliesst folgender Isolationsstrom zur Messelektrode 13: FIG. 2 shows the schematic structure of an ionization fire detector according to the invention. The measuring chamber 11 is surrounded by the grid electrode 12, which is held by an insulating carrier 15. The measuring electrode 13 is held by an insulating support 16 which, in contrast to FIG. 1, is not connected to the grid electrode 11 or its support 15, but is directly attached to the input electrode 17. Because of this construction, the undesired insulation current Jn no longer flows between the measuring electrode 13 and the grid electrode 12 as in FIG. 1, but rather between the input electrode 17 and the measuring electrode 13, that is to say parallel to the comparison resistor Rv. If voltage U0 is again applied to electrodes 12 and 17, the following insulation current flows to measuring electrode 13:

11 11

»V »V

Ti Ti

Solange der Vergleichswiderstand Rv in derselben Grössenordnung liegt wie der Widerstand RM der Messkammer 11 (d. h. Uv = UM = Uo/2), bleibt auch der unerwünschte Isolationsstrom in der bisherigen Grösse erhalten. Verringert man aber erfindungsgemäss den Vergleichswiderstand Rv gegenüber dem Widerstand RM der Messkammer 11, so wird auch die Spannung Uv entsprechend kleiner als die Messkammerspannung Um- Der Isolationsstrom Jn verkleinert sich im selben Verhältnis wie der Spannungsanteil U„. Anstelle den Vergleichswiderstand Rv zu verkleinern, kann man natürlich auch den Messkammerwiderstand RM vergrössern, und zwar durch die angestrebte Verringerung der Radioaktivität in den Strahlungsquellen 14. Wegen der Beziehung As long as the comparison resistor Rv is in the same order of magnitude as the resistance RM of the measuring chamber 11 (i.e. Uv = UM = Uo / 2), the undesired insulation current of the previous size is also retained. However, according to the invention, if the comparison resistance Rv is reduced compared to the resistance RM of the measuring chamber 11, the voltage Uv also becomes correspondingly smaller than the measuring chamber voltage Um. The insulation current Jn decreases in the same ratio as the voltage component U ". Instead of reducing the comparison resistance Rv, one can of course also increase the measurement chamber resistance RM, namely by the desired reduction in radioactivity in the radiation sources 14. Because of the relationship

11 = 11 =

"Ti "Ti

ü„ ■ ÖM » "O v M "xr~ ü „■ ÖM» "O v M" xr ~

Der Isolationsstrom Jn ist dann ist dabei lediglich darauf zu achten, dass der Vergleichswiderstand Rv um etwa eine Zehnerpotenz kleiner ist als der Isolationswiderstand Rn. The insulation current Jn must then only be ensured that the comparison resistance Rv is approximately a power of ten smaller than the insulation resistance Rn.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings