DE1117008B - UEberwachungseinrichtung, insbesondere Hitze- oder Feuermelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung, insbesondere einen Hitze- oder Feuermelder, mit einer Gleichstromquelle mit Widerständen in Brükkenschaltung, die in Abhängigkeit von dem eingestellten Zustand in umgekehrter Richtung unsymmetrisch wird, wobei ein Brückenwiderstand einen Wert hat, der sich in Abhängigkeit von dem vorher eingestellten Zustand in einen anderen wandelt.

Es ist bereits eine Steuerung von Antriebseinrichtungen, vornehmlich in Triebwagen und Triebwagenzügen, in denen jeweils von einem Führerstand aus gleichzeitig mehrere Geschwindigkeitswechselgetriebe zu steuern sind, von Füllungsregelungen von Kraftmaschinen, von Fahrschaltern u. dgl., unter Verwendung einer Brückenschaltung bekannt, deren Zweige sowohl aus spannungsabhängigen Widerständen als auch Widerständen mit linearer oder nicht spannungsabhängiger Kennlinie bestehen, wobei durch besondere Anordnung der Widerstände bei Spannungsänderungen im Brückenrelais Stromumkehr erfolgen und damit der Schaltkontakt des Brückenrelais in die eine oder die andere Schließlage gelangen kann. Zwei oder mehrere vom Brückenrelais abhängige und durch Stromumkehr steuerbare Relais oder Einzelrelais sind mit vorgeschalteten Sperrzellen angeordnet. Bei dieser bekannten Brückenschaltung ist ein Relais mit der Brücke verbunden, um die Richtung der Unsymmetrie der Brücke festzustellen. Damit die Spule dieses Relais einen Schaltkontakt verstellen kann, muß ein Strom durch das Relais fließen. Ist die Brücke in einer Richtung unsymmetrisch und wird sie in einer anderen Richtung unsymmetrisch, so kann das Relais im Nullpunkt der Brücke nicht ansprechen, weil in diesem Zeitpunkt kein Strom durch das Relais fließt. Ist der Schaltkontakt nicht der Einwirkung einer Feder unterworfen, so wird er erst wieder verstellt, wenn die Brücke erneut unsymmetrisch geworden ist. Wird der Kontaktarm von einer Feder beeinflußt, so verläßt er den Kontakt, ehe die Brücke symmetrisch wird, und zwar, wenn die vom Relais ausgeübte magnetische Kraft kleiner als die Federkraft wird. Der Grad der Brückenunsymmetrie, bei der das Relais wirksam wird, hängt infolgedessen von der Stromaufnahme ab und liegt für jedes einzelne Relais fest. Die Temperatur beeinflußt den Widerstand der Relaisspule und damit den Strom, der bei einer bestimmten Unsymmetrie der Brücke durch das Relais fließt. Daher schwankt der Arbeitspunkt des Relais etwas mit der Temperatur.

Für eine Überwachungseinrichtung, wie einen Überwachungseinrichtung,
insbesondere Hitze- oder Feuermelder

Anmelder:

Specialties Development Corporation,
Belleville, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P.K.Holzhäuser, Patentanwalt, Offenbach/M., Herrnstr. 37

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. November 1956 (Nr. 624 074)

George Athan Cutsogeorge, Elizabeth, N. J.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Hitze- oder Feuermelder, ist demnach die bekannte Anlage nicht geeignet.

Die Überwachungseinrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Transistor, dessen Emitter mit dem Verknüpfungspunkt des dritten und vierten Widerstandes und dessen Basis über eine Diode mit dem Verknüpfungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes verbunden ist, wobei ein fünfter Widerstand die Basis mit der Gleichstromquelle verbindet und eine elektrisch zu betätigende Vorrichtung vom Ausgang des Transistors steuerbar ist. Ein zweiter Transistor ist mit seiner Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors und mit seinem Emitter mit dem Verbindungspunkt der Spannungsbegrenzer-Widerstände verbunden und an den Emitter des ersten Transistors über einen Koppelwiderstand, rückgekoppelt, wobei eine die elektrische Einrichtung auslösende Belastung zwischen,dem Kollektor des zweiten Transistors und einer Leitung der Gleichstromquelle liegt.
Zweckmäßig hat die Diode dieselben thermoelekirischen Eigenschaften wie der erste Transistor zum Kompensieren der Raumtemperatur. Ein Kondensator kann parallel zur Diode liegen, um den Grad der Zustandsänderung festzustellen. Vorteilhaft enthält eine zweite Spannungsteilerbrücke den ersten und zweiten Widerstand sowie einen zusätzlichen ersten und zweiten Widerstand, die in Reihe mit der Stromquelle verbunden sind, so daß beide Brücken in

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einer Richtung mit unterschiedlichen Werten unsymmetrisch sind, deren erster Widerstand das auf den Zustand ansprechende Glied bildet, wodurch die Brücken unabhängig in umgekehrter Richtung unsymmetrisch werden. Ein zusätzlicher Transistor ist mit seiner Basis mit dem Verbindungspunkt des fünften und sechsten Widerstandes verbunden und steht mit seinem Kollektor für eine Stromzufuhr, mit seinem Emitter mit dem Verknüpfungspunkt des zusätzlichen ersten und zweiten Widerstandes in Verbindung, wobei eine zweite elektrisch zu betätigende Vorrichtung durch den Ausgang des zweiten Transistors gesteuert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben, und zwar ist

Fig. 1 ein Schaltbild der wesentlichen Teile eines Hitze- oder Feuermelders nach der Erfindung,

Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Anlage nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Netzwerk gezeigt, das im wesentlichen aus einer Quelle für Gleichstrom, dargestellt durch die Leiter 10 und 11, einen den jeweiligen Zustand abfühlenden Widerstand 12 (erster Widerstand), einem Paar unveränderlicher Widerstände 14 und 15 (zweiter und vierter Widerstand) und einem veränderlichen Widerstand 16 (dritter Widerstand) besteht, die alle zusammen eine Spannungsteilerbrücke bilden. Der Widerstand 16 ist in der gezeigten Form geeignet, Unstimmigkeiten über einen weiten Bereich abzugleichen. Es ergibt sich, daß der Brückenausgang, an dem die Polaritätsänderung auftritt, zwischen den Verbindungspunkten der Widerstände 12 und 14 sowie 15 und 16 liegt.

Ein Netzwerk 20 für die Abnahme der Änderung, das eine Ausgleichsdiode 21, einen Kondensator 22 und einen Widerstand 24 aufweist, ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 12 und 14 angeschlossen. Die andere Seite des Netzwerks 20 liegt an der Basis B eines Anzeigetransistors und an der positiven Seite der Stromquelle über einen Vorwiderstand 19. Der Transistor 25 ist vom n-p-n-Typ, der eine positive Vorspannung zwischen Basis und Emitter benötigt und ist in einer Schaltung gezeigt, in der sein Eingangs- oder Basis-Emitter-Kreis die Brückenverstimmung abnimmt. Der Emitter des Transistors 25 ist an den Verbindungspunkt von 15 und 16 über einen Begrenzungswiderstand 26 gelegt. Der Kollektor C des Transistors 25 ist mit der positiven Seite der Stromquelle 11 über einen Belastungswiderstand 27 und mit der Basis B eines Verstärkertransistors 29 verbunden. Zwecks grundsätzlicher Erläuterung und Darstellung sind die Transistoren 25 und 29 vom gleichen Typ und gleicher Leistung.

Der Emitter des Transistors 29 ist mit dem Emitter des Transistors 25 über einen Koppelwiderstand 30 und mit dem Verbindungspunkt der Spannungsbegrenzer-Widerstände 31 und 32 verbunden. Der Kollektor C des Transistors 29 ist in Serie mit einer Belastung 34 mit der positiven Seite der Stromquelle 11 verbunden. Wie dargestellt, ist die Belastung ein Relais, das mechanisch einen Schalter 35 eines äußeren, nicht gezeichneten Anzeigekreises betätigt.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 gezeigte und beschriebene Brückenstromkreis dargestellt, dem ein Paar Brückenwiderstände angeschaltet ist, die mit den Widerständen 12 und 14 der ersten Brücke einen zweiten Brückenkreis bilden. Ähnlich wie bei der ersten Brücke liegt der Ausgang der zweiten Brücke an der Verbindung der Widerstände 12 und 14 und 36 und 37. Mit dem Anschlußpunkt der Widerstände 12 und 14 ist ein zur Temperaturkompensation dienendes Netzwerk 38 verbunden, das aus einer zweiten Diode 39 und einem zweiten Begrenzungswiderstand 40 — parallel dazu — besteht. Die andere Seite des Temperaturkompensationsnetzwerks ist an einen zweiten Anzeigetransistor 41, ebenfalls vom n-p-n-Typ, und an die positive Seite 11 der Stromquelle

ίο über einen zweiten Vorwiderstand 42 gelegt. Der Emitter des Transistors 41 liegt an der Vereinigung der Brückenwiderstände 36 und 37 über einen zweiten Begrenzungswiderstand 43. Der Kollektor des Transistors 41 ist, ähnlich wie bei der ersten Brücke, an die positive Seite der Quelle 11 mittels eines zweiten Belastungswiderstandes 44 und an die Basis eines zweiten Verstärkertransistors 45 gelegt, der in jeder Beziehung dem Transistor 29 entspricht. Der Emitter des Transistors 45 ist mit dem Verbindungspunkt der

zo Begrenzerwiderstände 46 und 47 und mit dem Emitter des zweiten Anzeigetransistors 41 über einen Koppelwiderstand 49 verbunden. Der Kollektor des Transistors 45 ist in Reihenschaltung mit einem Relais 50 verbunden, um einen zweiten, nicht gezeichneten Außenkreis 51 zu beeinflussen.

Es ist schaltungstechnisch möglich, den Verstärkertransistor und den an ihn angeschlossenen Kreis fortzulassen und Relais an die Stelle der Widerstände 27 und 44 zu setzen. Außerdem können die Ausgangskreise der genannten Transistoren entweder von der Hauptenergiequelle abhängig sein oder eine vollständig unabhängige Gleichstromquelle besitzen, deren Strom über den Kollektor-Emitter-Weg fließt. Beim Beispiel der Anlage nach Fig. 1 oder 2 ist der Widerstand des Thermistors 12 sehr hoch, meist größer als 1000 000 Ohm, gegenüber dem Wert von 14, der im Beispielsfall 10 000 Ohm beträgt. Das Potential des Punktes X ist dann gegen Erde sehr groß, und der Transistor 25 ist vollständig leitend, indem Strom vom Pluspol 11 der Stromquelle durch den Widerstand 27, den Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors 25, den Begrenzungswiderstand 26 und den Widerstand 16 zum Minuspol 10 der Stromquelle fließt. Wird 27 ein verhältnismäßig hoher Widerstandswert im Vergleich zur Summe der Widerstände 26 und 16 gegeben, so ist das Potential am Kollektor von 25 gegen Erde ziemlich gering. Da eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 25 und der Basis des Transistors 29 besteht, ist ihr Potential gleich. Wählt man die Werte von 31 und 32 annähernd gleich groß, so ist das Potential ihres Verbindungspunktes gegen Erde größer als das der Basis des Transistors 29. Infolgedessen wird der Transistor 29 nicht leitend, und das Relais 34 bleibt im unerregten oder Ruhezustand.

Unter dem Einfluß übermäßiger Hitze, wie sie bei einem schwelenden Brande festzustellen ist, der die Temperatur des Heißleiters 12 ansteigen läßt und dementsprechend seinen Widerstand infolge seines negativen spezifischen elektrischen Widerstandskoeffizienten verringert, sinkt die Spannung an X, und damit sinkt innerhalb eines begrenzten Bereichs die Spannung an der Basis des Transistors 25 gegenüber dem Emitter. Wenn sie geringer als die des Emitters wird, hört der Transistor auf, leitend zu sein, und der innere Widerstand wächst. Infolgedessen nimmt das Potential des Kollektors des Transistors 25 (und der Basis von 29) gegenüber dem des Emitters des Tran-

sistors 20 zu und macht diesen leitend. Ein Strom fließt dann durch die Belastung 34, wodurch im Außenkreis 35 Alarm auslösbar ist. Es zeigt sich, daß gleichzeitig das Potential des Emitters gegen Erde unmittelbar infolge der Abnahme des inneren Wider-Standes des Ausgangskreises des Transistors 29 ansteigt. Wenn diese Spannungsänderung auf den Emitter des Transistors 25 über den Widerstand 30 rückgekoppelt wird, erzeugt sie einen größeren Spannungsunterschied zwischen dem Emitter und der Basis von 25, so daß ein bistabiler Kreis gebildet ist.

Ist der Zustand der übermäßigen Temperatur beseitigt und der Widerstand des Heißleiters angestiegen, wird das Potential des Punktes X gegen Erde und gegen den Verbindungspunkt der Widerstände 15 und 16 wieder groß. Ein positiver Spannungsabfall wird dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors 25 aufgedrückt, und dieser wird leitend. Alsbald sinkt das Potential des Kollektors des Transistors 25 gegen Erde, das durch eine Umkehrung der erwähnten Vorgänge den leitenden Zustand des Transistors 29 und anschließend die Erregung der Belastung (Relais 34) unterbricht. Eine Rückkopplung über den Widerstand 30 bewirkt wieder ein bistabiles Arbeiten.

Aufgabe des Vorwiderstandes 19 zur Spannungsteilung ist es, einen ständigen Strom durch den Eingangskreis in der Bereitschaftsstellung zu schicken, um den Transistor 25 voll leitend zu machen. Der Rückstellwiderstand 24 hat die Aufgabe, einen Stromweg entgegen der Diodenleitrichtung aufzubauen, um die Wirkung von Streuschwankungen in der Diode und dem Kondensator nach Wiederherstellung des Bereitschaftszustandes möglichst gering zu halten. Der Belastungswiderstand 27 hält den Verstärkertransistor 29 unter Kontrolle durch den Anzeigetransistor 25, indem er gestattet, daß dessen Kollektorpotential schwankt. Der Begrenzungswiderstand 26 erfüllt eine ähnliche Aufgabe, indem er eine vollständige Erdung des Emitters des Transistors 25 für den Fall verhindert, daß der Widerstand 16 durch Anachtsamkeit auf Null gestellt würde. Die Anschaltung der Diode dient zum Ausgleich vorhandener Ungleichmäßigkeiten der im Handel erhältlichen Transistoren, da sich die Ausgangscharakteristiken von Transistoren entsprechend der Raumtemperatur ändern.

In Fällen, in denen das Arbeiten unter plötzlichen Temperaturänderungen oder in Berührung mit plötzlich ausbrechenden Bränden gewünscht wird, wird ein auf den Grad der Zustandsänderung ansprechendes Gerät benötigt. Diese Aufgabe wird durch die Anordnung eines entsprechend gewählten Kondensators 22 gelöst.

Beim Arbeiten der Anlage kann ein Kondensator als sofort wirksam — wie eine Akkumulatorenbatterie — angesehen werden. Da das Potential von X gegen Erde ansteht, bleibt der Spannungsabfall am Kondensator 22 für den Augenblick gleich, in dem kurzfristig die Steuerspannung am Transistor 25 verringert wird. Ist dieser Vorgang von genügender Stärke, so wird der Transistor 25 nichtleitend, der Transistor 29 beginnt zu leiten, und es wird Alarm gegeben. Dank der Rückkopplung wirkt die Alarmvorrichtung weiter, wenn die Reihe der genannten Vorgänge innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches ausgelöst wird, der durch die verschiedenen Faktoren und die Größenordnung festgelegt ist.

In Fig. 2 der Zeichnung wird durch eine Vereinigung eines auf den Grad der Zustandsänderung und die Übertemperatur ansprechenden Kreises eine dreifache Anzeige für den Zustand an einem entfernten Punkt geschaffen.

Das Relais 34 kann so ausgebildet sein, daß es sowohl einen schnell um sich greifenden als auch einen schwelenden Brand anzeigt. Das Relais 50 wird nur bei einer bestimmten festgelegten Temperatur betätigt. Wenn der Umsymmetriepunkt der zweiten Brücke auf eine Temperatur (Widerstand 37) unterhalb derjenigen der ersten Brücke (Widerstand 16) eingestellt ist, um dadurch mehr eine übermäßige Hitze als einen schwelenden Brand anzuzeigen, läßt sich zeigen, daß drei Wahrnehmungsmittel zur Anzeige gebracht werden können. Im ersten Fall zeigt ein Signal durch Relais 34 allein den Grad der Zustandsänderung oder ein schnell um sich greifendes Feuer an. Im zweiten Fall zeigt ein (nicht gezeichneter) Signalkreis, der von einem Schalter 51 angeschlossen wird, allein einen unerwünschten Zustand der Überhitzung an. Im dritten Fall kann eine vom Schalter 51 gesteuerte Anzeige, der eine vom Schalter gesteuerte folgt, als Zustandsmeldung für ein schwelendes Feuer gedeutet werden. Die vorgenannte Meldung, in ihre Einzelheiten zerlegt, ist für Flugzeugpiloten von besonderem Wert, um deren Maßnahmen für den Notfall zu bestimmen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Überwachungseinrichtung, insbesondere Hitze- oder Feuermelder, mit einer Gleichstromquelle mit Widerständen in Brückenschaltung, die in Abhängigkeit von dem eingestellten Zustand in umgekehrter Richtung unsymmetrisch wird, wobei ein Brückenwiderstand einen Wert hat, der sich in Abhängigkeit von dem vorher eingestellten Zustand in einen anderen wandelt, gekennzeich net durch einen Transistor (25), dessen Emitter mit dem Verknüpfungspunkt des dritten (16) und vierten Widerstandes (15) und dessen Basis über eine Diode (21) mit dem Verknüpfungspunkt des ersten (12) und zweiten Widerstandes (14) verbunden ist, wobei ein fünfter Widerstand (19) die Basis mit der Gleichstromquelle verbindet und eine elektrisch zu betätigende Vorrichtung (35) vom Ausgang des Transistors steuerbar ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transistor (29) mit seiner Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (25) und mit seinem Emitter mit dem Verbindungspunkt der Spannungsbegrenzer-Widerstände (31, 32) verbunden und an den Emitter des ersten Transistors (25) über einen Koppelwiderstand (30) rückgekoppelt ist, wobei eine die elektrische Einrichtung (35) auslösende Belastung (34) zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors (29) und einer Leitung der Gleichstromquelle liegt.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (21) dieselben thermoelektrischen Eigenschaften wie der erste Transistor (25) zum Kompensieren der Raumtemperatur hat.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (22) parallel zur Diode (21) liegt, um den Grad der Zustandsänderung festzustellen.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Spannungsteilerbrücke den ersten (12) und zweiten Widerstand (14) sowie einen zusätzlichen ersten (36) und zweiten Widerstand (37) enthält, die in Reihe mit der Stromquelle verbunden sind, daß beide Brücken in einer Richtung mit unterschiedlichen Werten unsymmetrisch sind, der erste Widerstand (12) das auf den Zustand ansprechende Glied bildet, wodurch die Brücken unabhängig in umgekehrter Richtung unsymmetrisch werden, und daß ein zusätzlicher Transistor

mit seiner Basis mit dem Verbindungspunkt des fünften (19) und sechsten Widerstandes (36) verbunden ist und mit seinem Kollektor für eine Stromzufuhr, mit seinem Emitter mit dem Verbindungspunkt des zusätzlichen ersten und zweiten Widerstandes verbunden ist, wobei eine zweite elektrisch zu betätigende Vorrichtung (47) durch den Ausgang des zweiten Transistors (29) gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 960 341.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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