CH657222A5 - Ionisations-detektor sowie verwendung desselben. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ionisations-Detektor mit mindestens einer Kammer, einer ersten und einer zweiten Elektrode sowie mit einer Ionenquelle und einer zwischen den Elektroden Ionenstrom treibenden Spannungsquelle sowie eine Verwendung dieses Detektors als Rauch-Detektor.

Ionisations-Detektoren dieser Art sind dafür ausgelegt, ein alarmierendes Ausgangssignal auszugeben, wenn die Rauchkonzentration am Detektor einen vorgegebenen Wert erreicht.

Dies wird durch Registrieren der Ionenstrom-Abnahme in der Kammer realisiert, welche durch die Rauchpartikel bewirkt wird. In einem Einkammer-Detektor sind die Kammerelektroden in Serie mit einem Widerstandselement über eine Speisequelle geschaltet, wobei Änderungen des Ionenstromes die Spannung an der Verbindung zwischen Detektor und Widerstandselement ändern.

In einem Zweikammer-Detektor mit einer eigentlichen De-tektionskammer und einer geschlossenen Referenzkammer sind beide Kammern in Serie über die Speisespannung geschaltet, wobei die Ionenstromabnahme, bewirkt durch das Eindringen von Rauchpartikeln in die Detektionskammer, die Spannung an der Verbindung der beiden Kammern ändert. In einem Doppelkammer-Detektor, bei welchem die Referenzkammer resp. das Referenzvolumen innerhalb der Detektorkammer angelegt ist, mit einer gemeinsamen Ionenquelle für beide Kammern, ist eine Kollektorelektrode in der Kammer zwischen der inneren und der äusseren Elektrode angeordnet, wobei diese Kollektorelektrode manchmal die Trennung der beiden Kammern bildet. Eine Ionenstrom-Änderung — bei Raucheinwirkung Abnahme — ändert die Spannung, die an der Kollektor-Elektrode abgegriffen werden kann. Diese Spannungsänderung wird dazu benützt, einen Alarm auszulösen.

AH die erwähnten Detektorsysteme müssen so kalibriert werden, dass die Alarmauslösung bei einer vorbestimmten Rauchkonzentration erfolgt, oder, generell bei anderen Einflüssen, bei einer vorbestimmten Ionenstrom-Zunahme resp. -Abnahme. Dies entspricht der Überwachung einer bestimmten Spannung am Detektorausgang.

Bis anhin war es üblich, solche Detektoren so auszutesten, dass die Referenzelektrode auf Masse geschaltet wurde, oder dass eine langsam ansteigende Spannung über die Detektionskammer angelegt und die Spannung registriert wurde, bei welcher das Alarmsignal ausgelöst wird. Es wurde weiter vorgeschlagen, eine Prüfelektrode in die Detektionskammer einzubringen und sie entweder auf Masse oder auf den Ausgang eines Spannung variierenden Gerätes zu schalten, um ein Prüfsignal zu erzeugen und den Alarm zu überprüfen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt bei einem Ionisations-Detektor eingangs genannter Art die Überprüfung seiner Funktion wesentlich zu vereinfachen, ebenso die dazu notwendige elektronische Test-Schaltung.

Dies wird dadurch erreicht, dass eine Ionenstrom registrierende, schwellwertsensitive Alarm-Auslöseschaltung vorgesehen ist, eine Prüfelektrode im Bereich der ersten und zweiten Elektrode sowie eine weitere Spannungsquelle für die Prüfelektrode, deren Spannungswert eine Ionenstromänderung, mindestens bis auf einen dem Schwelhvert entsprechenden Wert bewirkt.

Ein solcher Detektor eignet sich insbesondere als Rauch-Detektor.

Der Spannungswert der Spannungsquelle für die Prüfelektrode simuliert die zu detektierenden Verhältnisse, insbesondere das Vorhandensein von Rauchpartikeln in der Kammer und zwar mit einer Konzentration, mit welcher der Detektor im Betrieb ansprechen, resp. den Alarm auslösen soll.

Soll der Detektor im Betrieb beispielsweise die Alarmierung auslösen, wenn die Rauchkonzentration 1 % Abdunklung erreicht, d.h. wenn 1% des auf eine 30,48 cm (1 Fuss) lange Rauchsäule fallenden Lichtes absorbiert wird, so wird das Vorliegen dieser Konzentration eine bestimmte Änderung der Spannung, sei dies an der Kollektorelektrode oder an einem anderen Verbindungspunkt des Detektors, je nach dessen Typ, bewirken.

Deshalb wird vorgeschlagen, an die Prüfelektrode einen Spannungswert anzulegen, so dass sich die entsprechende Spannungsänderung, sei dies am Kollektor oder an einem anderen Verbindungspunkt des Detektors, einstellt.

Durch den vorgeschlagenen Detektor wird ebenfalls bewirkt, dass die angelegte Prüfspannung nicht zu irrtümlichen Fehlanzeigen führt.

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Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäs-sen Ionisations-Detektors, wobei der Detektor mit einer Prüfelektrode versehen ist, und bei welchem an die Prüfelektrode ein vorgegebener Spannungswert angelegt wird, um eine vorgegebene Rauchkonzentration in der Kammer zu simulieren,

Fig. 2 die Abhängigkeit der zu simulierenden Rauchkonzentration und der an die Prüfelektrode anzulegenden Spannung, zur Konzentrations-Simulation,

Fig. 3 und 4 je eine weitere Ausführungsform der Prüfschaltung, welche eine fernbediente Prüfung ermöglicht.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ionisations-Rauchdetektors 10 aufgezeigt, der eine Umhüllung 12 umfasst, worin eine innere Elektrode 16 und eine äussere Elektrode 14, weiter eine Kollektorelektrode 18 angeordnet sind. Die physikalische Struktur eines solchen Detektors definiert eine innere resp. Referenzkammer 20 zwischen der inneren Elektrode 16 und der Kollektorelektrode 18 sowie eine äussere oder Detektionskammer 22, entsprechend zwischen der Referenzelektrode resp. Kollektorelektrode 18 und der äusseren Elektrode 14. Der Aufbau eines solchen Detektors ist bekannt und ist beispielsweise in der US-PS 3 935 466 und in der veröffentlichten englischen Anmeldung 2 013 393 A dargestellt. Eine Ionenquelle 24 ist in der Umhüllung 12 vorgesehen und liefert einen Ionenstrom, sobald der Detektor an eine Speisespannungsquelle P angeschlossen ist. Die äussere Elektrode 14 und die innere Elektrode 16 sind dabei über die Speisequelle geschaltet, so dass ein Ionenstrom definierter Stärke zwischen diesen beiden Elektroden fliesst, wenn saubere Luft im Detektor ist.

Dieser Ionenstrom ergibt ein bestimmtes Potential, oder, bezogen, eine bestimmte Spannung an der Kollektorelektrode 18, wobei diese Spannung auf den Eingang T1 eines Komparators C geschaltet ist, welch letzterer diese Spannung mit einer Bezugsspannung am Eingang T2 vergleicht. Diese Referenzspannung wird am Verbindungspunkt J1 eines Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen R1 und R2, welche in Serie über die Speisequelle P geschaltet sind, abgegriffen.

Sobald Rauch in die Kammer eindringt, verringern die Rauchpartikel den Ionenstromfluss, womit die Spannung an der Kollektorelektrode ebenfalls reduziert wird. So wird beispielsweise an einem bestimmten Detektor mit einer Speisespannung von 9 Volt, die Spannung an der Kollektorelektrode bei reiner Luft 5,5 Volt betragen. Die Widerstände R1 und R2 sind so abgestimmt, dass die Spannung am Eingang T2 des Komparators 4,5 Volt beträgt. Wenn somit die Rauchkonzentration in der Kammer gross genug wird, um die Kollektor-Elektrodenspannung auf 4,5 Volt zu reduzieren, gibt der Komparator ein Ausgangssignal ab, das eine alarmauslösende Schaltung A ansteuert.

Beim Detektor ist eine Prüfelektrode 26 in der Umhüllung 12 angeordnet, zwischen der Kollektorelektrode und der äusseren Elektrode, d.h. in der Rauchdetektionskammer. Um an die Prüfelektrode 26 eine vorgegebene Spannung anzulegen, ist ein Spannungsteiler vorgesehen, welcher die Widerstände R3 und R4 umfasst, die zwischen sich den Abgriff J2 definieren und die in Serie mit einem Schalter Sl über die Speise-Spannungsquelle P geschaltet sind. Die Prüfelektrode 26 ist auf den Abgriff J2 geschaltet.

Im Detektionsbetrieb des Detektors ist die Prüfelektrode auf demselben Potential gehalten, wie die äussere Elektrode 14, da sie über den Widerstand R3 mit der äusseren Elektrode 14 verbunden ist und da bei geöffnetem Schalter Sl praktisch kein Strom durch diesen Widerstand R3 fliesst.

Wenn hingegen der Schalter Sl geschlossen wird, bewirkt der Stromfluss durch die Widerstände R3 und R4 eine vorgegebene Spannung an der Prüfelektrode, welche kleiner ist als die Spannung an der äusseren Elektrode 14. Dadurch werden die Verhältnisse des elektrischen Feldes in der Kammer zwischen Kollektorelektrode 18 und der äusseren Elektrode 14 geändert. Diese Feldänderung bewirkt eine Abnahme der Kollektor-Elektrodenspannung, und, wenn die an die Prüfelektrode 26 angelegte Spannung entsprechend gewählt ist, wird die Kollektor-Elektrodenspannung gerade auf den der Referenzspannung am Eingang T2 des Komparators entsprechenden Wert reduziert.

Das Anlegen eines richtig gewählten Spannungswertes an die Prüfelektrode 26 simuliert somit die Rauchkonzentration in der Umhüllung, bei welcher der Alarm ausgelöst werden soll.

In Fig. 2 ist die Abhängigkeit zwischen die an Prüfelektrode anzulegende Spannung und die zu simulierende Rauchkonzentration für einen bestimmten Detektor dargestellt.

Falls der Detektor ein Alarmsignal ausgeben soll, wenn die Rauchkonzentration in der Kammer 1% erreicht, was durch das Verhältnis der Spannungsteiler-Widerstände R1 und R2 eingestellt wird, so ist aus Fig. 2 ersichtlich, dass eine Prüfspannung von ungefähr 5,8 Volt notwendig ist, um bei Reinluftbedingungen den Prüfalarm auszulösen. Allerdings macht es eine Vielzahl von Herstellungstoleranzen bei solchen Detektoren problematisch, sie auf einen exakten Alarmwert hin zu prüfen. Wird deshalb durch staatliche Vorschriften oder Industrievorschriften vorgeschrieben, dass der Detektor beispielsweise auf 6% Rauchkonzentration ansprechen soll, so kann der Detektor in der Herstellung so ausgelegt werden, dass er auf eine lff/oige Rauchkonzentration ansprechen soll. Die Prüfschaltung wird dann so ausgelegt, dass sie eine Rauchkonzentration zwischen den erforderten 6% und der Auslegung auf 1% überprüft. Deshalb werden dann die Widerstände R3 und R4 so abgestimmt, dass die Spannung am Abgriff J2 eine Rauchkonzentration von beispielsweise 3% simuliert.

Der Schalter Sl gemäss Fig. 1 kann durch einen magnetisch betätigten Schalter realisiert werden, wobei er so angeordnet ist, dass zu Prüfungszwecken ein Magnet auf die Aussenseite eines Detektorgehäuses zu seiner Betätigung angeordnet werden kann. Die Tatsache, dass der Schalter Sl in Serie mit den Widerständen R3 und R4 liegt, verhindert einen zu starken Stromanstieg, wenn der Schalter geschlossen wird, der irrtümlicherweise den Alarm auslösen könnte.

Um zu ermöglichen, einen derartigen Detektor fernbedient zu prüfen, wird eine weitere Aufbauvariante entsprechend Fig. 3 vorgeschlagen. Hierin sind die Widerstände R3 und R4 in Serie mit der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors T verbunden. Die Basis des Transistors T ist auf einen Verbindungspunkt J3 zweier Widerstände R5 und R6 geschaltet, wobei diese beiden Widerstände über einen Schalter S2 auf die Speisespannungsquelle P geschaltet sind. Dabei kann insbesondere der Schalter S2 von der Detektoranordnung entfernt, beispielsweise an einer zentralen Überwachungsstelle angeordnet sein. Das Schliessen des Schalters S2 bewirkt, dass eine vorgegebene Steuerspannung an die Basis des Transistors T geführt wird, genügend, um dessen Emitter-Kollektorstrecke leitend zu schalten. Dadurch wird am Verbindungspunkt J2 die Prüfspannung erzeugt. Falls die Verbindungsleitung vom Schalter S2 zum Detektor lang ist, kann es angezeigt sein, eine Störunterdrückungs-Kapazität F zwischen Transistorbasis und Masse zu schalten.

Eine weitere Ausführungsform, welche eine fernbediente Prüfung ermöglicht, ist in Fig. 4 dargestellt, nach welcher die Widerstände R3 und R4 in Serie mit einem foto-angesteuerten Element, wie einem Fototransistor PT, geschaltet sind. Der Fototransistor PT ist Teil eines Optokopplers. Die Lichtquelle L des Kopplers ist über einen Widerstand R7 entsprechenden Wertes auf die Speisespannungsquelle P geschaltet, via einen Schalter S3. Wie am anhand von Fig. 3 erläuterten Beispiel kann auch hier der Schalter S3 entfernt vom Detektor angeordnet

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sein. Wenn der Schalter S3 geschlossen wird, bewirkt die Aktivierung der Lichtquelle L ein Leitend-Schalten des Fototransistors, generell des fotosensitiven Elementes, womit wiederum die Prüfspannung am Verbindungspunkt J2 zwischen den Widerständen R3 und R4 erscheint.

Obwohl im dargestellten Ausführungsbeispiel die Prüfelektrode in einem Doppelkammer-Detektor dargestellt ist, kann die beschriebene Erfindung ebenfalls in einem Einkammern-Detektor verwendet werden, oder in der Detektionskammer ei-5 nes Zweikammer-Detektors.

3 Blätter Zeichnungen

Claims (8)

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1. Ionisations-Detektor mit mindestens einer Kammer, einer ersten und einer zweiten Elektrode (14, 16) sowie mit einer Ionenquelle (24) und einer zwischen den Elektroden (14, 16) Ionenstrom treibenden Spannungsquelle (P), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ionenstrom registrierende, schwellwertsensi-tive Alarm-Auslöseschaltung (RI, R2, 18, C) vorgesehen ist, eine Prüfelektrode (26) im Bereich der ersten und zweiten Elektrode (14, 16) sowie eine weitere Spannungsquelle (R3, R4, P) für die Prüfelektrode (26), deren Spannungswert eine Ionen-stromänderung, mindestens bis auf einen dem Schwellwert entsprechenden Wert bewirkt.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die weitere Spannungsquelle umschaltbar (Sl) ist und die Prüfelektrode (26) im Betrieb des Detektors wenigstens nahezu auf das Potential der ersten oder zweiten Elektrode (14, 16) legt und im Prüfbetrieb auf ein Potential, das zwischen demjenigen der ersten und zweiten Elektrode (14, 16) liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die weitere Spannungsquelle einen über der Spannungsquelle (P) liegenden, vorzugsweise resistiven Spannungsteiler (R3, R4) umfasst, dessen Abgriff (J2) mit der Prüfelektrode (26) wirkverbunden ist, wobei ein Schaltorgan (Sl) mit dem Spannungsteiler (R3, R4) seriegeschaltet ist, der die Verbindung zur Spannungsquelle (P) unterbricht resp. durchschaltet.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass das Schaltorgan (Sl) ein Halbleiter-Schaltelement (T), vorzugsweise einen Transistor umfasst, dessen gesteuerte Strecke mit dem Spannungsteiler (R3, R4) seriegeschaltet ist und dass eine Steuerquelle (R5, R6) für die Steuerstrecke des Elementes (T) vorgesehen ist.

5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kammer eine Doppelkammer (20, 22) ist, wobei die eine der ersten und zweiten Elektroden die äussere (14), die andere, die innere (16) ist sowie mit einer dazwischenliegenden Kol-lektorelektrode (18), und wobei die Alarm-Auslöseschaltung als Spannungs-Schwelhvert sensitive Schaltung mit der Kollektorelektrode (18) wirk verbunden ist und die Prüfelektrode (26) im Bereich der äusseren (14) und der Kollektor-Elektrode (18) angeordnet ist, wobei weiter die Prüfspannung der weiteren Spannungsquelle (R3, R4) so ist, dass sich die Kollektor-Elektrodenspannung mindestens auf den alarmauslösenden Schwellwert einstellt.

6. Detektor nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (R3, R4) einerseits mit der äusseren Elektrode (14) verbunden ist und andererseits über einen Unterbrechungsschalter (Sl) mit der inneren.

7. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass das Schaltorgan durch einen opto-elektrischen Schalter (PT) gebildet ist.

8. Verwendung des Detektors nach Anspruch 1 als Rauch-Detektor.