Die
Druckschrift
DE 3 810
240 A1 offenbart eine Kraftstoff-Regeleinrichtung mit einem
Hitzdraht-Luftmassensensor in einem Luftansaugkanal für eine Brennkraftmaschine
zum Messen einer den Luftansaugkanal passierenden Luftmenge. Das
aus diesem Stand der Technik bekannte System weist einen Speicher
auf, in dem die Ausgangssignale des Luftmassensensors gespeichert
werden, allerdings dient bei diesem bekannten System das Abspeichern der
Ausgangssignale des Luftmassensensors lediglich dazu, Aussagen hinsichtlich
des Zeitpunktes treffen zu können,
wann der Hitzdraht-Luftmassensensor gereinigt werden muss, um einen
einwandfreien Betrieb des Sensors gewährleisten zu können.
Die
Druckschrift
DE 196
05 638 C1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zum Detektieren von Entstehungsbränden. Bei diesem System kommt
eine aspirative Branderkennungsvorrichtung zum Einsatz, wobei die
Kontinuität
der angesaugten Luftströmung
mittels eines Luftstromsensors überwacht
wird.
Die
Druckschrift
DE 199
24 400 C1 offenbart einen Brandmelder sowie ein Verfahren
zur Branddetektion. Bei dem bekannten Verfahren wird an mindestens
einer Überwachungsstelle
eines Raumes eine Luftprobe entnommen und einem Branddetektor mittels
eines einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden Lüfters über einen
Strömungskanal
zugeführt.
Aus diesem Stand der Technik ist bekannt, dass der Volumenstrom
der dem Branddetektor zugeführten
Luft indirekt gemessen werden kann, und zwar indem Messwerte für die elektrische
Leistungsaufnahme und für
die Drehzahl des Lüfter-Antriebsmotors ermittelt
werden. Aus diesen Messwerten wird durch Quotientenbildung wenigstens
ein Volumenstrommesswert gebildet, der zum Überwachen des Volumenstroms
mit mindestens einem vorgegebenen Volumenstrom-Grenzwert verglichen
wird.
Die
Druckschrift
DE 4 407
209 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Masse
eines strömenden
Mediums, wobei ein temperaturempfindliches Messelement vorgesehen
ist. Um zu verhindern, dass infolge einer pulsierenden Strömung Messfehler
auftreten, ist das Messelement in einem Messkanal angeordnet, der
sich in axialer Richtung von einer Einlassmündung des Messkanals zu einem Umlenkkanal
erstreckt, was den Vorteil mit sich bringen soll, dass nahezu unabhängig von
einer schwankenden oder pulsierenden Strömung ein gleichbleibend präzises Messergebnis
erzielbar ist.
Vorrichtungen
zur Bestimmung von Strömungsgrößen der
eingangs genannten Art sowie entsprechende Verfahren zum Betrieb
solcher Vorrichtungen sind insbesondere aus der Hitzdrahtanemometrie
bekannt. Dabei wird ein erhitzter Draht in ein strömendes Fluid
gebracht; anhand der vom Fluid abgeführten Wärmemenge sind Aussagen über verschiedene
Strömungsgrößen zu gewinnen.
Bei
der Hitzdrahtanemometrie gibt es zwei grundsätzliche Betriebsarten: Der
Konstant-Strom-Betrieb
und der Konstant-Temperatur-Betrieb, welcher in den meisten Fällen zur
Anwendung kommt, da hierbei unter anderem die thermische Trägheit des
Hitzdrahtes (Sonde) umgangen und somit eine höhere Genauigkeit der Sonde
erreicht wird.
Die
grundliegende Idee der Konstant-Temperatur-Betriebsweise besteht
darin, den Einfluss der thermischen Trägheit der Sonde dadurch zu
verringern, dass der Hitzdraht auf stets konstanter Temperatur (Widerstand)
gehalten und den hierzu benötigten
Heizstrom als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit
des Fluides benutzt wird. Hierzu wird in der Regel eine Wheatstonesche-Brückenschaltung
benutzt, wodurch der Widerstand und somit die Temperatur des Hitzdrahtes
durch Rückkopplung
stets einen konstanten Wert hält.
Im thermischen Gleichgewicht muss der Wärmeverlust der Sonde gleich
der zugeführten
elektrischen Leistung sein. Aus dem Gesichtspunkt der Anemometrie
interessiert in erster Linie die Beziehung zwischen der Fluidgeschwindigkeit und
der elektrischen Leistung. Dieser Zusammenhang ist äußerst komplex,
nicht linear und nur mittels eines empirischen und entsprechend
den gegebenen Umständen
jeweils zu modifizierenden Gesetzes (King) zu beschreiben. Bei der
Auswertung wird deshalb der Einsatz eines Linearesators notwendig.
1 zeigt das Prinzipschaltbild
eines Konstant-Temperatur-Anemometers. Im Gleichgewichtszustand
liegt an der senkrechten Diagonalen C-D der Brücke eine bestimmte Spannung,
die von einem Servo-Verstärker 15 geliefert
wird. Verändert
sich die konvektive Kühlung
an der Sonde 18 so wird an der waagerechten Diagonale A-B
eine kleine Spannung entstehen, welche – vielfach verstärkt – auf die
senkrechte Diagonale C-D der Brücke
zurückgekoppelt wird.
Dabei ist die Polarität
dieser rückgekoppelten Spannung
so gewählt,
dass sich die Brücke
selbständig
abgleicht.
Neben
des komplexen Zusammenhanges zwischen der Fluidgeschwindigkeit und
der als Messgröße erfassten
elektrischen Leistung liegt ein weiteres Problem darin, dass die
Sonde auf jegliche Änderung
der Wärmeabfuhr
anspricht, die zum Beispiel auch durch Änderung der Temperatur oder
des Druckes des Strömungsmediums
verursacht sein kann. Problematisch ist dies besonders dann, wenn
das Verfahren kontinuierlich eingesetzt wird, um anhand von Veränderung
der gemessenen Strömungsparameter
auf beispielsweise den Zustand des Rohrleitungssystems, in dem das
Fluid strömt,
zuverlässig Rückschlüsse treffen
zu können.
Insbesondere
zur Luftstromüberwachung
in Ansaugrohrsystemen bei aspirativen Branderkennungs- oder Sauerstoffmessvorrichtung
ist es wichtig, dass zuverlässig
eine Verstopfung oder ein Rohrbruch im Ansaugrohrsystem erfasst
wird, um einen fehlerfreien Betrieb der Branderkennungs- oder Sauerstoffmessvorrichtung
garantieren zu können.
Hierbei wird unter einer aspirativen Branderkennungsvorrichtung
eine Vorrichtung verstanden, die aus einem zu überwachenden Raum über ein
Rohrleitungs- oder Kanalsystem an einer Vielzahl von Stellen eine repräsentative
Teilmenge der Raumluft aktiv ansaugt und diese Teilmengen dann einem
Detektor zum Erfassen einer Brandkenngröße oder zum Erfassen von Gasen
in der Luft, insbesondere Sauerstoff, zuleitet.
Ein
aspiratives Branderkennungssystem besteht im wesentlichen aus einem
Ansaugrohrsystem mit einzelnen kleinen Ansaugöffnungen, einem Ventilator,
der über
die Ansaugöffnungen
des Ansaugrohrsystems eine Luftprobe aus dem Zielraum saugt, sowie
einem Detektor, in dem anschließend
Brandkenngrößen in der
angesaugten Luftprobe bestimmt werden. Da eine aspirative Branderkennungsvorrichtung
Luftproben aus dem Zielraum und damit eventuell vorhandene Brandkenngrößen aktiv
ansaugt, reagieren derartige Vorrichtungen auf entstehende Brände viel
schneller und sensibler als herkömmliche Lösungen.
Damit ist eine bestmöglichste
Interventionsmöglichkeit
gegeben.
Unter
dem Begriff Brandkenngröße werden physikalische
Größen verstanden,
die in der Umgebung eines Entstehungsbrandes messbaren Veränderungen
unterliegen, z.B. die Umgebungstemperatur, der Feststoff- oder Flüssigkeits-
oder Gasanteil in der Umgebungsluft (Bildung von Rauch in Form von Partikeln
oder Aerosolen oder Dampf) oder die Umgebungsstrahlung. Eine aspirative
Branderkennungsvorrichtung wird insbesondere überall dort eingesetzt, wo
schon geringste und kaum wahrnehmbare Brandkenngrößen detektiert
werden sollen und dienen insbesondere zur Objekt- oder Raumüberwachung,
beispielsweise von EDV-Anlagen oder Serverräumen.
In
geschlossenen Räumen,
deren Einrichtungen sensibel auf Wassereinwirkung reagieren, wie
etwa EDV-Bereiche, elektrische Schalt- und Verteilerräume oder
Lagerbereiche mit hochwertigen Wirtschaftsgütern, werden in zunehmendem
Maße zur
Minderung des Risikos und zum Löschen
von Bränden
sogenannte Inertisierungsverfahren eingesetzt. Die bei diesen Verfahren
resultierende Löschwirkung
beruht auf dem Prinzip der Sauerstoffverdrängung. Normale Umgebungsluft
setzt sich bekanntlich zu 21 Vol.-% aus Sauerstoff, 78 Vol.-% aus Stickstoff
und 1 Vol.-% aus sonstigen Gasen zusammen. Zum Löschen und Vermeiden von Bränden wird durch
Einleiten eines sauerstoffverdrängenden
Inertgases, wie etwa reiner Stickstoff, die Inertgaskonzentration
in dem betreffenden Raum erhöht
und der Sauerstoffanteil verringert. Viele Stoffe brennen nicht mehr,
wenn der Sauerstoffanteil unter 15-18 Vol.-% absinkt. Abhängig von
den in dem betreffenden Raum vorhandenen brennbaren Materialien
kann ein weiteres Absinken des Sauerstoffanteils auf beispielsweise
12 Vol.-% erforderlich sein.
Eine
derartige Inertgasvorrichtung zur Durchführung des genannten Inertisierungsverfahrens
weist im wesentlichen folgende Bauteile auf: Eine Sauerstoffmessvorrichtung
zum Messen des Sauerstoffgehaltes in dem zu überwachenden Zielraum; eine
Branderkennungsvorrichtung zum Detektieren einer Brandkenngröße in der
Raumluft des Zielraumes; eine Steuerung zur Auswertung der Daten
der Sauerstoffmessvorrichtung und des Brandkenngrößendetektors
und zur Ablaufsteuerung des Inertisierungsverfahrens; und eine Anlage
zur Produktion und zum plötzlichen
Einleiten von Inertgas in den Zielraum.
Die
Sauerstoffmessvorrichtung dient dazu, das Grundinertisierungsniveau
im Zielraum einzustellen. Wenn ein Schwellwert der Sauerstoffkonzentration überschritten
ist – beispielsweise
aufgrund einer Leckage im Zielraum – gibt die Steuerung einen Befehl
an eine spezielle Anlage zum Einleiten von Inertgas in den Raum,
so dass der Sauerstoffanteil reduziert wird. Die Sauerstoffmessvorrichtung
signalisiert, wenn der Schwellwert des Grundinertisierungsniveaus
wieder erreicht ist. Die Lage des Grundinertisierungsniveaus ist
dabei abhängig
von Eigenschaften des Raumes.
In
einer bevorzugten Anwendung wird ein aspiratives Branderkennungssystem
mit einer Inertgasvorrichtung zur Brandvermeidung und/oder -löschung kombiniert.
Dabei sind die Sauerstoffmessvorrichtung und die Branderkennungsvorrichtung
der Inertgasvorrichtung in dem aspirativen Branderkennungssystem
integriert. Diese übernimmt
dann die Aufgabe, der Steuerung die zur Überwachung des Zielraumes erforderlichen
Daten aus der angesaugten Luftprobe bereitzustellen.
Um
die einwandfreie und möglichst
wartungsfreie Funktionsweise einer aspirativen Vorrichtung garantieren
zu können,
ist es erforderlich, den Volumenstrom der dem Detektor zugeführten Luft probe
kontinuierlich zu überwachen.
Der Volumenstrom ist jedoch von dem Massenstrom und der Dichte der
zugefügten
Luftprobe abhängig,
welche wiederum eine Funktion des Luftdruckes und der Temperatur
ist. Von daher erweist sich eine Überwachung des Volumenstromes
als eine messtechnisch komplizierte Aufgabe. Um ferner Verstopfungen
oder Beschädigungen
des Ansaugrohrsystems bzw. der Ansaugöffnungen zuverlässig nachweisen
zu können, ist
bezüglich
der Volumenstromüberwachung
eine hohe Messgenauigkeit gefordert. Dies schließt unter anderem auch eine
Kompensation des Einflusses der Luftdichte bzw. des Luftdruckes
bei der zur Volumenstromüberwachung
eingesetzten Messtechnik ein.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, dass
zur Überwachung
des Volumenstromes in Ansaugrohrsystemen von aspirativen Branderkennungsvorrichtungen
die bisher eingesetzten Messtechniken mit zu großen Unsicherheiten behaftet
sind bzw. nur den Volumenstrom und nicht den Strömungswiderstand betrachten,
um zuverlässige
Aussagen über
den Zustand des Ansaugrohrsystems treffen zu können. Die Unsicherheiten sind
unter anderem damit begründet,
dass die eingesetzten Sensoren abhängig von der Temperatur des Fluidstromes
und von dem Luftdruck bzw. der Dichte des Fluides sind und von daher
für einen
kontinuierlichen und abgleichfreien Einsatz ungeeignet sind. Die zuverlässige Überwachung
des Volumenstromes in Ansaugrohrsystemen erfordert zusätzlich eine
möglichst
genaue Auswertung der Messdaten.
Ferner
ist es bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung problematisch,
dass nur langanhaltende Volumenstromänderungen in Ansaugrohrsystemen
zu bewerten sind. Dabei ist es üblich,
diese Änderungen
mit Schwellenwerten zu vergleichen, wobei bei einem Überschreiten
des Schwellenwertes eine Luftstromstörung gemeldet wird. Um Störungsmeldungen
durch Umweltein fluss (Luftdruck, Temperatur) zu vermeiden, werden
jedoch relativ große
Schwellenwerte gewählt.
Lange Rohre haben aber einen hohen Strömungswiderstand, so dass ein
Rohrbruch gegen Ende des Rohres nur eine kleine Luftstromänderung
zur Folge hat. Diese relativ geringe Luftstromänderung ist in der Regel mit
den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren
nicht erfassbar.
Aufgrund
der geschilderten Problemstellung liegt der vorliegen den Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine der eingangs genannten Art, insbesondere in
Rauch- und Gasansaugmeldern, zur Anwendung kommende Vorrichtung
zur Luftstromüberwachung derart
weiterzubilden, dass eine kontinuierliche und wartungsfreie Erfassung
von Strömungsparametern möglich ist,
die hinreichend genau sind, um zuverlässig Aussagen über den
Zustand des Ansaugrohrsystems treffen zu können, sowie ein entsprechendes Verfahren
zum Betrieb einer solchen Vorrichtung und ein entsprechendes Arbeitsverfahren
anzugeben.
Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch eine
in einem Mikroprozessor implementierten Regelalgorithmus gelöst, der
in dem Regelkreis der Vorrichtung enthalten ist, und über den
die Übertemperatur ΔT am Luftstromsensor
konstant gehalten wird.
Die
Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der Regelkreis
einen in einem Mikroprozessor implementierten Regelalgorithmus enthält, über den
die Übertemperatur ΔT am Luftstromsensor konstant
gehalten wird. Dadurch wird der Luftstromsensor exakt in seinem
Arbeitspunkt bzw. Arbeitstemperatur eingestellt, die unabhängig von
Schwankungen bzw. Änderungen
der Fluidtemperatur ist. Dadurch entspricht die dem thermoelektrischen
Luftstromsensor abgeführte
Wärmemenge
tatsächlich nur
der vom Fluid abgeführten
Wärmemenge.
Der durch den Luft stromsensor fließende elektrische Strom bzw.
die vom Luftstromsensor abgeführte elektrische
Leistung stellt in dieser Ausführungsform in
vorteilhafterweise tatsächlich
das nur das Maß für die zu
messende Strömungsgröße (Geschwindigkeit, Massenfluss,
etc.) dar und unterliegt nicht den aufgrund von Schwankungen der
Fluidtemperatur aufgeprägten
Unsicherheiten.
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des weiteren durch
ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung gelöst, bei
dem der Luftstromsensor kurzzeitig auf einen Temperaturspitzenwert
erhöht
wird.
Das
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem wird
ferner durch ein Verfahren zur Bestimmung von Strömungsgrößen, insbesondere
der Temperatur T, der Strömungsgeschwindigkeit
w und deren Änderung Δw, in einem
zu überwachenden
Fluidstrom, insbesondere in Rauch- und Gasansaugmeldern erfindungsgemäß durch
folgende Verfahrensschritte gelöst:
Die Fluidtemperatur T wird mittels eines thermoelektrischen Temperatursensors
bestimmt; die an einem thermoelektrischen und im Konstant-Temperatur-Modus
betriebenen Luftstromsensor eingestellte Übertemperatur ΔT wird in
Abhängigkeit
der Fluidtemperatur T auf einen konstanten Wert geregelt; die von
dem thermoelektrischen Luftstromsensor abgeführte Wärmemenge wird bestimmt; und
anhand der abgeführten
Wärmemenge
wird mittels eines in einem Mikroprozessor implementierten Auswertealgorithmus
Strömungsgrößen berechnet,
insbesondere die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit, den Strömungswiderstand
und dessen Änderung.
Die
Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass ein sehr
effektives Verfahren zur Bestimmung von Strömungsgrößen, insbesondere in Rauch-
und Gasansaugmeldern, zur Optimierung der Luftstromüberwachung
in dem Rohrleitungssystem erzielbar ist. Insbesondere dadurch, dass
die Übertemperatur ΔT am thermoelektrischen
Luftstromsensor unabhängig
von der Fluidtemperatur T einen konstanten Wert annimmt, kann erreicht
werden, dass der thermoelektrische Luftstromsensor exakt in seinem
zuvor bestimmten Arbeitspunkt bzw. Arbeitstemperatur eingesetzt
wird und somit die abgeführte elektrische
Leistung tatsächlich
nur von dem Fluidstrom abhängt.
Der Messfehler ist aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich reduziert.
Bei dem erfindungsgemäßen thermoelektrischen
Luftstromsensor ist die von dem erhitzten Sensor durch den Fluidstrom
abgeführte
Wärmemenge
Q das Maß für die zu
bestimmenden Strömungsgrößen. Da
hier die Übertemperatur ΔT des Sensors
einen konstanten Wert annimmt, ist die abgeführte Wärmemenge Q identisch der dem
Sensor zugeführten
Heizleistung P. Die Heizleistung P ist von dem Heizstrom I gemäß der folgenden
Gleichung (1) abhängig: P = I2·R (1)
Hierbei
bezeichnet R den Innenwiderstand des Sensors. Die von dem Sensor
abgeführte
Wärmemenge
Q kann dann durch Gleichung (2) wie folgt beschrieben werden: Q = [A + B·(ρ·V)1/n]·(ΔT – T) (2)
Hierbei
sind A, B und n sensorspezifische Konstanten, die vor Inbetriebnahme
des Sensors experimentell, d.h. mittels einer Eichung, bestimmt
werden, und ρ repräsentiert
die Fluiddichte. Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt, dass über die
Heizleistung P und die Temperatur T der Volumenstrom V und der Massenstrom
(ρ·V) der
Fluidströmung
ermittelt werden können.
Aus
den Gleichungen (1) und (2) folgt, dass über die Heizleistung P und
die Temperatur T der Volumenstrom V und der Massenstrom N = ρ·V der
Fluidströmung
ermittelt werden können.
Der Strömungswiderstand
Fw im Rohr ist von der Strömungsgeschwindigkeit
w wie folgt abhängig: Fw =
0,5·c·A·ρ·w2 (3)
Da
der Volumenstrom V von der Strömungsgeschwindigkeit
w und dem Querschnitt A des Rohres gemäß V = A·w (4)abhängt, folgt
für den
Strömungswiderstand
FW im Rohr: Fw = 0,5·c·ρ·A–1·V2 (5)
Aus
der Gleichung (5) folgt, dass über
den Volumenstrom V der Strömungswiderstand
Fw in dem Rohrleitungssystem und seinen Änderungen
ermittelt werden können.
Ferner
ist denkbar, basierend auf diesen Messwerten, die Änderung
des Strömungswiderstandes
in dem Rohrleitungssystems zu erfassen. Hierzu wäre es erforderlich, die aktuellen
Messwerte mit Anfangsmesswerten, die beispielsweise bei Inbetriebnahme
des Systems aufgenommen und gespeichert wurden, zu vergleichen.
Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung
von Änderungen
des Strömungswiderstandes
in dem Ansaugrohrsystem. Dafür
wird neben einer genauen Volumenstrommessung auch eine Kompensation
des Einflusses der Luft- bzw. Fluiddichte ρ, um zuverlässig den Strömungswiderstand
beurteilen zu können. Anhand
von gespeicherten Anfangswerten der Luftstrom- und Temperatursensoren
sowie der aktuellen Temperatur und gegebenenfalls des aktuellen
absoluten Luftdruckes wird ein Korrekturfaktor aus einer hierfür angelegten
Tabelle ermittelt. Diese Tabelle ist erforderlich, weil verschiedene
Ansaugrohrsysteme und verschiedene Ansaugleistungen des Lüfters unterschiedliche Korrekturfaktoren
erfordern. Denkbar wäre,
den aktuellen absoluten Luftdruck beispielsweise über einen
separat ausgeführten
Sensor zur Luftdruckmessung aufzunehmen. Selbstverständlich sind
hier aber auch andere Ausführungsformen denkbar.
Schließlich wird
die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch eine aspirative
Branderkennungsvorrichtung gelöst,
die einem zu überwachenden
Raum oder Gerät
ständig
Raum- oder Gerätekühlluftproben
entnimmt und über
ein Rohrleitungssystem einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße zuführt, und
die mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung von
Strömungsgrößen ausgerüstet ist.
Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird eine Möglichkeit
zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben.
Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind bezüglich der Bestimmungsvorrichtung
in den Unteransprüchen 2 bis 5,
bezüglich
des Betriebsverfahrens im Unteranspruch 7, bezüglich des
Bestimmungsverfahrens in den Unteransprüchen 9 und 10, und
bezüglich
der aspirativen Branderkennungs- und/oder Sauerstoffmessvorrichtung
in den Unteransprüchen 12 und 13 angegeben.
So
ist für
die Vorrichtung vorgesehen, dass der Mikroprozessor ferner einen
Auswertealgorithmus zum Berechnen von Strömungsgrößen anhand der elektrischen
Heizleistung P des Luftstromsensors umfasst, insbesondere zum Berechnen
des Massenstromes N, der Strömungsgeschwindigkeit
w und der Temperatur T des Fluidstromes. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
liegt darin, dass in dem im Mikroprozessor implementierten Regelalgorithmus
der Sollwiderstand des thermoelektrischen Luftstromsensors nach
exakter Sensorkennlinie berechnet und ein genauer Regelkreis (z.B.
PI-Regler) gebildet werden kann. Die Spannung am thermoelektrischen
Temperatursensor kann dabei beispielsweise mit einem AD-Wandler
gemessen und anschließend
ge filtert werden, um Rauschen und andere Störungen zu eliminieren. Anhand
der gemessenen Spannung wird die Temperatur des Fluidstromes T0 errechnet. Die gewünschte konstante Übertemperatur ΔT (beispielsweise
40°C) wird
zur Fluidtemperatur T0 addiert. Das Ergebnis
ist die Solltemperatur Tsoll des thermoelektrischen
Luftstromsensors. Daraus wird im Auswertealgorithmus des Mikroprozessors nach
der exakten Sensorkennlinie der Sollwiderstand des Luftstromsensors
ermittelt. Der Regler regelt die Spannung am Hitzdraht des Luftstromsensors,
um den Istwert des Widerstandes des Luftstromsensors auf den Sollwert
einzustellen. Hierdurch wird erfindungsgemäß die Übertemperatur ΔT konstant
gehalten. Die elektrische Spannung und der elektrische Strom am
bzw. durch den thermoelektrischen Luftstromsensor werden mittels
eines AD-Wandlers gemessen und anschließend gefiltert. Daraus wird
die elektrische Leistung P errechnet, welche gleichzeitig ein Maß für den Luftstrom
darstellt.
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, dass der Auswertealgorithmus das Erkennen von kleinen
sprunghaften Strömungsänderungen,
insbesondere Volumenstromänderungen, des
Fluidstromes einschließt.
Hierzu wird neben der genauen Volumenstrommessung auch eine Kompensation
des Einflusses der Luftdichte durchgeführt, um derart den Strömungswiderstand
beurteilen zu können.
Anhand gespeicherter Anfangswerte der Luftstrom- und Temperatursensoren
sowie der aktuellen Temperatur und gegebenenfalls des aktuellen Luftdrucks
können
somit auch kleine sprunghafte Änderungen
der Luftströmung
nachgewiesen werden. Grundgedanke hierbei ist, dass Änderungen
aufgrund störender
Umwelteinflüsse
(Luftdruck, Temperatur) in der Regel langsamer ablaufen als ein
Rohrbruch. Die Auswertung von kleinen sprunghaften Änderungen
ermöglicht
somit auch die Erkennung von plötzlichen
Verstopfungen einer einzigen Ansaugöffnung, was beispielsweise
bei Vanda lismus auftritt oder wenn ein Karton in einem Hochregal
vor einer Ansaugöffnung
gestellt wird.
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
dass der Auswertealgorithmus die Kompensation einer temperatur- und/oder
druckabhängigen
Dichteänderung
des Fluidstromes einschließt.
Der Vorteil dieser Ausführungsform
liegt insbesondere darin, dass durch die Berücksichtigung der temperatur- bzw. druckabhängigen Dichteänderung
des Fluidstromes die von dem Fluidstrom abgeführte elektrische Leistung unabhängig von
Schwankungen der Dichteänderung
des Fluidstromes ist. Dadurch wird die Genauigkeit der mittels der
vorliegenden Erfindung bestimmten Strömungsgrößen, insbesondere der Strömungswiderstand,
deutlich verbessert.
Eine
mögliche
Realisierung der erfindungsgemäßen Bestimmungsvorrichtung
sieht vor, dass der Mikroprozessor einen Speicher zum Speichern von
Anfangswerten der Strömungsgrößen enthält. Der
Vorteil dieser Ausführungsform
liegt darin, dass im Auswertealgorithmus nicht nur Strömungsgrößen mit
einer hohen Genauigkeit berechnet werden können, sondern auch längerfristige
Zustandsänderungen
der Strömungsgrößen nachgewiesen
werden können.
Da die Berechnung des Gradienten der Strömungsgrößen auf den genauen Luftstromwerten
basieren, ist in dieser Ausführungsform
vorteilhafterweise die Messung der Veränderungen im Rohrsystem eines
Rauch- und Gasansaugemelders beispielsweise möglich. Derartige Veränderungen
können
etwa durch langsame oder plötzliche
Verstopfung, Risse oder Bruch auftreten. Da durch die Erfindung
die Übertemperatur ΔT am Luftstromsensor
konstant gehalten wird, unterliegt dem Gradienten der Luftstromgrößen keine
temperatur- oder andersartig bedingte Verschiebung. Ebenfalls entfällt vorteilhafterweise ein
wiederholt durchzuführendes
Abgleichen des Luftstromsensors.
In
einer möglichen
Realisierung ist der Luftstromsensor vorteilhafterweise so ausgelegt,
dass dieser kurzzeitig auf einen Temperaturspitzenwert erhöht werden
kann. Dieses hat insbesondere den Vorteil, dass der Luftstromsensor
hierdurch durch seine besonders hohe Langlebigkeit ausgezeichnet
ist.
Für den Betrieb
einer solchen Bestimmungsvorrichtung ist der Luftstromsensor vorzugsweise
so ausgelegt, dass dieser kurzzeitig auf einen Temperaturspitzenwert
von bis zu 500°C
erhöht
werden kann. Dadurch wird der Luftstromsensor durch den kurzzeitigen
Betrieb bei stark erhöhter
Temperatur von angelagerten Verunreinigungen besonders effektiv
befreit. Die ganze Heizleistung wird dabei verwendet um die am Luftstromsensor
haftenden Schmutzpartikel zu verbrennen bzw. zu lösen. Während dieser
Zeit wird vorteilhafterweise der Lüfter der aspirativen Branderkennungsvorrichtung
abgeschaltet, um jegliche Abkühlung
am Luftstromsensor zu vermeiden. Mit dieser Reinigung wird dafür gesorgt,
dass an dem Luftstromsensor auch im kontinuierlichem Einsatz sich keine
Schmutzpartikel an- bzw. ablagern, so dass die Empfindlichkeit des
Sensors stets unverändert
ist.
Eine
mögliche
Realisierung der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Bestimmung von Strömungsgrößen in einer aspirativen
Branderkennungs- und/oder Sauerstoffmessvorrichtung, die einen zu überwachenden Raum
oder Gerät
ständig
Raum- oder Gerätekühlluftproben
entnimmt und über
ein Rohrleitungssystem einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße zuführt, integriert
ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform
liegt insbesondere darin, dass der Luftstrom in dem Rohrsystem genau überwacht
werden kann und auch Veränderungen
im Rohrsystem, die etwa durch langsame oder plötzliche Verstopfung, Risse
oder Bruch auftreten mögen,
zuverlässig
nachgewiesen werden können.
Hierdurch ist die aspirative Branderkennungs- und/oder Sauerstoffmessvorrichtung
besonders zuverlässig
und wartungsfrei einsetzbar.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
dass der Luftstromsensor bzw. der Temperatursensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung
insbesondere mittig im Lufteintrittskanal eines Detektors für Brandkenngrößen einer
aspirativen Branderkennungs- und/oder Sauerstoffmessvorrichtung
integriert ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass
hierdurch sämtliche
elektrischen Komponenten des aspirativen Branderkennungsvorrichtung
in einer Einheit zusammengefasst sind. Dadurch ist der Aufbau einer
derartigen Branderkennungs- und/oder
Sauerstoffmessvorrichtung besonders übersichtlich und einfach durchzuführen.
Schließlich ist
vorzugsweise vorgesehen, dass der Luftstromsensor an einer im Querschnitt verengten
Position im Lufteintrittskanal des Detektors der erfindungsgemäßen aspirativen
Branderkennungs- und/oder Sauerstoffmessvorrichtung angeordnet ist.
Durch diese Anordnung befindet sich der Luftstromsensor in einer
Position, in der aufgrund der Querschnittsverengung die Strömungsgeschwindigkeit
erhöht
ist. Dadurch wird die Dynamik des Luftstromsensors ebenfalls erhöht. Damit
können
bereits äußerst geringe Änderung
der Strömungsparameter erfasst
und ausgewertet werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Sensibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Bestimmung von Strömungsgrößen erhöht. Gleichzeitig
kann eine Optimierung der Überwachung
von aspirativen Branderkennungs- und/oder Sauerstoffmessvorrichtungen
erreicht werden. Selbstverständlich
sind aber hier auch andere Ausführungsformen
denkbar.