CH666356A5 - Vorrichtung zur ueberwachung der geschwindigkeit eines gasstromes in einem kanal. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein mehrpunktförmiger Linien-Rauchmelder, auch Rauchansaugsystem für Brandmeldung genannt, hat die Aufgabe, aus einem zu überwachenden Raum kontinuierlich Luftproben über ein Rohrleitungsnetz mit Ansauglöchern zu entnehmen und diese einem Rauchmelder zuzuführen. Diese Detektionsart erlaubt eine Überwachung bei Spezialanwendungen wie z.B. in EDV-Räumen, Hochregallagern, schwer zugänglichen Höhlräumen, oder auch in Bereichen mit Temperaturen unter 0°C. Die Funktionssicherheit solcher Systeme hängt von einer dauernden Luftzufuhr zum Rauchmelder ab. Es ist daher erforderlich, diese Luftzufuhr sicher zu überwachen. Dazu müssen folgende Funktionen und Zustände des Systems überwacht werden:
— Richtige Funktion des Ansaugelementes (Ventilator)
— Bruch eines Rohres der Ansaugleitung
— Verschluss der Ansaugstellen der Ansaugleitung durch Staub oder Eisbildung
— Verschluss des Luftaustrittes nach dem Ansaugelement
— Luftströmung, sofern die Ansaugstellen nicht im gleichen Druckbereich montiert sind wie das Ansaugelement.
Eine Möglichkeit, die Luftzufuhr zu überwachen, ist, dass mittels einer Druckmembrane der Unterdruck in der Ansaugleitung gegenüber dem Umgebungsdruck gemessen wird. Der Nachteil einer solchen Drucküberwachung ist der, dass nur sehr grosse Druckänderungen im System erfasst werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, dass ein Verschluss der Ansaugstellen der Rohrleitung durch Staub, oder Eis nicht erfasst wird, weil der Unterdruck im Ansaugsystem erhalten bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung der Strömung eines Gases in einem Kanal zu schaffen, die ihrer Aufgabe besser als die bekannten Vorrichtungen gerecht wird und eine zuverlässige Überwachung gewährleistet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 Schematisch den Aufbau des Rauchansaugsystems eines mehrpunktförmigen Linien-Rauchmelders
Fig. 2 Das Blockschema der erfindungsgemässen Vorrichtung
Fig. 3 Das Blockschema der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Heizung für Rauchansaugstellen
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Fig. 4 Schematisch die Heizandordnung für Ansaugstellen
Fig. 5 Ein Detail der Heizungsanordnung
Fig. 6 Das Schaltungsschema der erfindungsgemässen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, welches einen Ventilator 2, einen optischen Rauchmelder 3 und eine gedruckte Schaltung 4 der erfindungsgemässen Vorrichtung aufweist. An das Gehäuse 1 ist ein Rohrnetz 5 angeschlossen, welches mit mehreren Ansaugstellen in der Form von kleinen Öffnungen 6 versehen ist. Das Rohrnetz kann die Form eines I, U, H, T oder eines Kreuzes aufweisen.
Der vom Ventilator 2 erzeugte Unterdruck hat zur Folge, dass die Luft von den Ansaugstellen 6 zum Rauchmelder im Gehäuse 1 geführt wird, welcher bei einer bestimmten Rauchkonzentration der Ansaugluft einen Alarm an eine Brandmeldezentrale übermittelt.
In Fig. 2 ist das Blockschema der erfindungsgemässen Vorrichtung, welche im Gehäuse 1 angeordnet ist, dargestellt. Die gedruckte Schaltung dieser Vorrichtung weist einen Messfühler 10 auf, welcher direkt im Luftstrom angeordnet ist und durch ein temperaturempfindliches aufgeheiztes Element gebildet ist. Der Messfühler 10 ist an eine Temperatur-Kompensationsschaltung 11 angeschlossen, welche ein temperaturempfindliches Element aufweist, das ausserhalb des Luftstromes angeordnet ist, und zur Kompensation der Temperaturschwankungen der Luft dient.
Der Messfühler 10 z.B. in der Form eines Miniatur-NTC-Widerstandes wandelt die Messgrösse Luftgeschwindigkeit in eine elektrische Spannung um. Das Prinzip der Umwandlung besteht darin, dass der geheizte NTC-Widerstand vom Luftstrom gekühlt wird und die damit verbundene Widerstandsänderung ausgewertet wird. Bei kleinen Luftgeschwindigkeiten wird der Widerstand wenig, bei grossen Luftgeschwindigkeiten mehr gekühlt. Die damit verbundene Abhängigkeit von der Lufttemperatur wird durch die nachfolgende Temperatur-Kompensationsschaltung 11 eliminiert.
Der Ausgang der Temperatur-Kompensationsschaltung 11 ist an einen Eingang einer Soll-Ist-Vergleichsschaltung 13, welche einen Fensterdiskriminator umfasst, angeschlossen, mit deren anderem Eingang ein Potentiometer 12 elektrisch verbunden ist. Der Fensterdiskriminator überwacht die Spannung am NTC-Widerstand auf einen maximalen und einen minimalen Wert, welche Werte beziehungsweise einem Rohrbruch und einer Verstopfung der Ansaugstellen entsprechen. Mit dem von aussen zugänglichen Potentiometer 12 werden diese Grenzwerte auf die vorhandene, anlagenspezifische Luftgeschwindigkeit eingestellt. Dies geschieht während der Inbetriebnahme mit Hilfe eines Voltmeters, welches an die Messbuchsen einer Messausgangsschaltung 17 angeschlossen ist, wobei die Eingänge dieser Messausgangsschaltung mit dem Ausgang der Temperatur-Kompensationsschaltung 11 und dem Ausgang der Soll-Ist-Ver-gleichsschaltung 13 elektrisch verbunden ist. Neben der Spannung, welche der Differenz zwischen der Soll- und Istgeschwindigkeit der Luft entspricht, wird noch eine zweite Spannung an den Messausgang gegeben, die eine Messung der vorhandenen Luftgeschwindigkeit ermöglicht. Diese beiden Messgrössen werden in einem 7s-Takt abwechslungsweise an den Messausgang gegeben. Über- bzw. unterschreitet die Luftgeschwindigkeit den eingestellten Minimal- bzw. Maximalwert, aktiviert der Fensterdiskriminator 13 über eine Verzögerungsschaltung 14 mit einer Verzögerung von 5 bis 30 Minuten eine Störungsausgangsschaltung 15. Der Verzögerungsablauf wird durch eine blinkende, optische Anzeige mittels einer Störungsmeldungsschaltung 18 signalisiert; d.h. weicht die Ist-Luftgeschwindigkeit von der Soll-Geschwindigkeit nur kurzzeitig ab, wird dies nur durch die blinkende Anzeige gemeldet. Die Störungsausgangsschaltung 15 wird nicht aktiviert.
Nach Verzögerungszeit wird die optische Anzeige kontinuierlich und die Störungsmeldung gelangt über die Störungsausgangsschaltung 15 an eine Brandmeldezentrale. Diese Meldung bleibt bis zur Quittierung durch Aus- und Wiedereinschalten der Speisung der Vorrichtung und Behebung der Störung gehalten. Die Störungsausgangsschaltung 15 ist so ausgelegt, dass bei Ausfall der Speisespannung eine Störung an eine Brandmeldezentrale gemeldet wird.
In Fig. 3 ist ein Blockschema der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Heizungsschaltung 20 für die Ansaugstellen eines Rohrleitungsnetzes dargestellt. Die in den Fig. 2 und 3 sich entsprechenden Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Die Heizungsschaltung 20 ist an den Ausgang der Soll-Ist-Ver-gleichsschaltung 13 angeschlossen und dient zur Heizung der Ansaugstellen bei ihrer Verstopfung durch Vereisung. Das kann der Fall sein, wenn das Rauchansaugsystem eines mehrpunkte-förmigen Linien-Rauchmelders in einem Bereich mit einer Temperatur unter 0°C verwendet wird.
In Fig. 4 ist schematisch die Heizungsanordnung für die Ansaugstellen dargestellt. An jeder Ansaugstelle 6 des Rohrnetzes 5 ist ein Heizwiderstand 33 angeordnet. Die Heizwiderstände sind in Reihe geschaltet und mittels einer elektrischen Zuleitung 35 an die erfindungsgemässe Vorrichtung im Gehäuse 1, wie in Fig. 3 dargestellt, angeschlossen.
In Fig. 5 ist ein Detail der Heizanordnung gemäss Fig. 4 dargestellt. Mit 31 ist ein T-Stück bezeichnet, welches zwei Rohrteile 5 miteinander verbindet. An das T-Stück 31 ist ein Zwischenstück 32 angeschraubt, in welchem eine Heizfolie 33 angeordnet ist. An das Zwischenstück 32 ist eine Verschlussklappe 34 mit einer Ansaugöffnung 35 angeschraubt.
In Fig. 6 ist das Schaltungsschema der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Ein Spannungsteiler R24, R25 bildet die Referenzspannung für einen Operationsverstärker AI, welcher zusammen mit einem Transistor Tl und einem Widerstand R23 den elektrischen Strom durch einen NTC-Widerstand R21 konstant hält und ihn somit aufheizt. Eine Änderung des Widerstandswertes des NTC-Widerstandes R21 infolge Abkühlung im Luftstrom gelangt über einen Widerstand R17 als Stromsignal zu einem Operationsverstärker A2. Die Kompensation der Lufttemperatur wird mit einem NTC-Widerstand R22 und Widerständen R18, R19, R20 realisiert und sie beeinflusst das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers A2 so, dass eine Proportionalität zwischen der Luftgeschwindigkeit und der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A2 besteht.
Beim Abgleich der Sollgeschwindigkeit des Luftstromes wird mit einem Potentiometer PI eine Widerstandskette R12, R13, R14, R15 so geregelt, dass deren Mittelpunkt die gleiche Spannung aufweist wie der Ausgang des Operationsverstärkers A2. Mit der genannten Widerstandskette werden gleichzeitig zwei Referenzspannungen gebildet, die zur Spannung des Mittelpunktes symmetrisch sind und die als Schwellwerte an die Eingange der einen Fensterdiskriminator bildenden Operationsverstärker A3, A4 angelegt sind. Bei einer Luftgeschwindigkeit, welcher eine Ausgangsspannung der Operationsverstärkers A2 entspricht, die innerhalb dieser Schwellwerte liegt, sind die Ausgänge der Operationsverstärker A3, A4 positiv und sie werden durch Dioden D4, D5 gesperrt. Ein positives Potential ist über einen Widerstand R26 an den Eingang 6 eines programmierbaren Zeitgebers PZ angelegt, welcher einen internen Taktgeber und einen internen Zähler aufweist, wobei die Taktfrequenz durch eine externe RC-Schaltung R27, R28, C8 bestimmt ist. Das genannte positive Potential hält den Taktgeber und den Zähler auf Null. Der Ausgang 8 des Zeitgebers PZ ist logisch 1 und er hält somit über einen Widerstand R30 und einen Transistor T3, ein Relais RS angezogen. Der Ausgang 1 des Zeitgebers PZ ist logisch 0, so dass ein an diesen Ausgang angeschlossener Transistor T2 gesperrt ist und eine an den Kollektor des T2 über einen Widerstand R31 angeschlossene Leuchtdiode ST, welche zur optischen Störungsanzeige dient, leuchtet nicht.
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Der Ausgang des Operationsverstärkers A2 ist über einen Widerstand R2 an eine Messbuchse + M angeschlossen. Eine Messbuchse -M wird vom Ausgang eines Operationsverstärkers Bl angesteuert. Der Operationsverstärker Bl erhält an einem Eingang ein Signal, welches dem Soll-Wert der Luftgeschwindigkeit entspricht. Ein Operationsverstärker B2 ist mit Widerständen R8 bis Rll, einer Diode D3 und einem Kondensator C6 als Taktgeber geschaltet, mit einer Schaltzeit von ca. 7 Sekunden. Über die Diode D2 gelangt dieser Takt zum Operationsverstärker Bl. Ist der Ausgang des Taktgebers B2 logisch 0, dann wirkt Bl als Spannungsfolger. An den Messbuchsen +M, -M, liegt nun eine Spannung, welche der Differenz zwischen der Soll- und Istgeschwindigkeit der Luft entspricht. Ist der Ausgang des Taktgebers B2 logisch 1, dann wird Bl invertiert, so dass sein Ausgang logisch 0 wird und an den Messbuchsen liegt eine Spannung, welche dem Ist-Wert der Luftgeschwindigkeit entspricht.
Wenn der Ist-Wert der Luftgeschwindigkeit infolge Verstopfung der Ansaugstellen oder Bruch der Ansaugleitungen ändert und dieser neue Wert einer Spannung entspricht, welche ausserhalb der genannten Schwellwerte liegt, dann wird der Ausgang des Operationsverstärkers A3 oder A4 logisch 0, welches dem Eingang 6 des Zeitgebers PZ zugeführt wird, so dass der Taktgeber und der Zähler des Zeitgebers PZ aktiviert werden.
Über den Ausgang 1 des Zeitgebers PZ und einen Widerstand R29 gelangt die Taktfrequenz zum Transistor T2, der die Leuchtdiode ST intermittierend aufleuchten lässt. Während 5 Minuten bleibt der Ausgang 8 des Zeitgebers PZ logisch 1 und der Transistor T3, welcher an diesen Ausgang über den Widerstand R30 angeschlossen ist bleibt leitend. An den Kollektor des Transistors T3 ist das Relais RS angeschlossen, welches nicht angezogen bleibt. Nach 5 Minuten erreicht der Zähler des Zeitgebers PZ seinen Endstand, der Ausgang 8 wird logisch 0, das Relais RS fällt ab und signalisiert eine Störung. Die Leuchtdiode ST leuchtet kontinuierlich.
s An den Ausgang des Operationsverstärkers A3 ist ein Relais RH angeschlossen. Sobald dieser Ausgang logisch 0 wegen Verstopfung der Luftsaugstellen wird, schliesst das Relais RH seinen Kontakt, so dass der Widerstand RHeiz eingeschaltet wird und die Ansaugstellen aufheizt. Der Ausgang des Operations-lo Verstärkers A3 bleibt während der Unterdrückungszeit von 5 Minuten logisch 0. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers A3 nach Öffnung der Ansaugstellen wieder logisch 1 wird, öffnet das Relais RH seinen Kontakt, wodurch die Heizung abgeschaltet wird.
15 Anstelle von NTC-Widerständen können Dioden verwendet werden, ohne dass das Schaltungsschema gemäss Fig. 6 geändert wird. Bei Verwendung von PTC-Widerständen, z.B. aus Platin, Nickel, Nickel-Eisen, oder Kupfer, muss der Operationsverstärker A2 anders beschaltet werden. Der PTC-Wider-20 stand R21 muss mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers A2 und der PTC-Widerstand R22 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers A2 verbunden werden.
Ein temperaturempfindliches Element, z.B. R21 kann aus einem der genannten Stoffe und das andere temperaturemp-25 findliche Element z.B. R22 aus einem anderen von den genannten Stoffen oder eine Diode, oder ein NTC-Widerstand sein. In diesen Fällen muss das Schaltungsschema gemäss Fig. 6 geändert werden, indem entweder die Polaritäten der Spannungen an welche die Widerstände R21, R22 oder Dioden angeschlos-30 sen werden ändern, oder/und der Operationsverstärker A2 anders beschaltet wird.
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3 Blätter Zeichnungen
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Überwachung der Geschwindigkeit eines Gasstromes in einem Kanal, insbesondere für das Rauchansaugsystem eines mehrpunktförmigen Linien-Rauchmelders, mit einem ersten temperaturempfindlichen, heizbaren Element, das direkt im Gasstrom angeordnet ist, elektronischen Mitteln (R24, R25, Al, R23, Tl) zum Beheizen des ersten temperaturempfindlichen Elementes (R21), einem zweiten temperaturempfindlichen Element, das ausserhalb des Gasstromes angeordnet ist, Mitteln (R18, R19, R20, R22, A2) zum Kompensieren der Temperaturschwankungen des Gases, wobei eine diese Kompensationsmittel enthaltende Kompensationsschaltung (11) an eine einen Fensterdiskriminator (A3, A4) enthaltende Soll-Ist-Vergleichschaltung (13) mit Mitteln (R12, R13, R14, R15) zum Überwachen der von der Gasgeschwindigkeit abhängigen Spannung am ersten temperaturempfindlichen Element angeschlossen ist und mit einem an die Vergleichsschaltung (13) angeschlossenen Potentiometer (PI) zum Einstellen der zu überwachenden Spannungswerte, gekennzeichnet durch einen Taktgeber (16), dessen Ausgang an den einen Eingang eines Operationsverstärkers (Bl) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang an die Soll-Ist-Vergleichsschaltung (13) angeschlossen ist, und dort ein Signal abgreift, welches dem Sollwert der Geschwindigkeit des Gasstromes entspricht, eine erste Messbuchse (-M), die mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (Bl) verbunden ist, eine zweite Messbuchse (+M), die an den Ausgang der Kompensationsschaltung (11) angeschlossen ist, wobei an den Messbuchsen ( + M, -M) im Takte des Taktgebers nacheinander eine Spannung, welche der Differenz zwischen der Soll- und Ist-Geschwindigkeit des Gasstromes und eine andere Spannung, welche dem Ist-Wert der Geschwindigkeit des Gasstromes entspricht, anliegt und durch Mittel (R27, R28, C8, PZ, T3, RS, T2, ST) zur Auswertung der Ausgangsspannung der genannten Überwachungsmittel (R12, R13, R14, R15, A3, A4), welche Auswertemittel derart ausgebildet sind, dass bei einem Unteroder Überschreiten der mittels eines an die genannten Mittel zur Überwachung angeschlossenen Potentiometers (PI) einstellbaren Sollgeschwindigkeit des Gasstromes, welches länger als eine bestimmte Zeit dauert, eine Störurigsmeldung erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturempfindlichen Elemente (R21, R22) Thermistoren, NTC-Widerstände, PTC-Widerstände oder Dioden sind.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Widerstände (R21, R22) aus Platin, Nickel, Eisen, einer Legierung Nickel-Eisen oder Kupfer sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Mittel zum Beheizen des ersten temperaturempfindlichen Elements (R21) einen Operationsverstärker (AI) und einen Transistor (Tl) aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel der Temperaturschwankungen des Gases das zweite temperaturempfindliche Element (R22), einen Spannungsteiler (R18, R19) und einen Operationsverstärker (A2) aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Ist-Vergleichsschaltung einen Spannungsteiler (R12, R13, R14, R15) und den Fensterdiskriminator (A3, A4) aufweist, und dass das Potentiometer (PI) an den genannten Spannungsteiler angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel einen programmierbaren Zeitgeber (PZ), in welchem ein binärer Zähler und der Taktgeber integriert sind, aufweisen, dass die Taktfrequenz des Taktgebers durch eine externe RC-Schaltung (R27, R28, C8) bestimmt ist, und dass der Zeitgeber (PZ) derart ausgebildet und geschaltet ist, dass er mit einer programmierbaren Verzögerung Störungsmeldungsmittel (T3, RS) ansteuert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass an einem Ausgang (3) des Zeitgebers (PZ) ein Relais (RS) über einen Transistor (T3) zur Fernmeldung einer Störung nach einer Verzögerungszeit von 5 bis 30 Minuten angeschlossen ist, und dass mit einem anderen Ausgang (1) des Zeitgebers (PZ) eine Leuchtdiode (ST) über einen Transistor (T2) elektrisch verbunden ist, welche während der Verzögerungszeit intermittierend mit der Taktfrequenz aufleuchtet und nach der Verzögerungszeit kontinuierlich zur optischen Anzeige eine Störung leuchtet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (RS) im Normalzustand erregt ist und bei Ausfall der Speisespannung zwecks Störungsmeldung abfällt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ausgang des Fensterdiskrimina-tors (A3, A4) ein Relais angeschlossen ist, welches während der Verzögerungszeit den Speisestromkreis eines Heizwiderstandes (RHeiz) zur Heizung der Ansaugstellen eines Rauchansaugsystems geschlossen hält.
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