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Flammenmeß- und Meldeeinrichtung mit einem Detektor- und einem Signalkreis
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flammenmeß-und Meldeeinrichtung mit einem Detektor-,
einem Signalkreis und einer Hilfsspannungsquelle.
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Es ist bereits eine lichtelektrische Anordnung zur Betätigung elektrischer
Schaltvorgänge durch verschiedenfarbiges Licht bekanntgeworden, bei welcher im Detektorkreis
zwei Sperrschichtfotozellen oder zwei Gruppen derartiger Zellen so geschaltet und
angeordnet sind, daß die Fotoeffekte der beiden Zellen bzw. Zellengruppen bei Beleuchtung
von derselben Seite entgegengesetzt und derart wirken, daß die Anordnung auf Licht
bestimmter Farben anspricht, nicht aber auf zusammengesetztes Licht. Eine derartige
Fotozellenanordnung läßt sich zwar zur Betätigung eines beliebigen Signalkreises
durch Lichtimpulse einer bestimmten vorzugsweise monochromatischen spektralen Zusammensetzung
betätigen, für die Lösung der der erfindungsgemäßen Flammenmeß- und Meldeeinrichtung
zugrunde liegenden Aufgabe ist sie jedoch ungeeignet, da sie nicht zwischen ultrarotem
Licht, wie es von einer Flamme ausgesandt wird, und ultrarotem Licht aus anderen
Strahlungsquellen, wie beispielsweise der Sonne, unterscheiden kann, so daß mit
der bekannten Anordnung die Gefahr einer Fehlalarmgabe bei Verwendung als Flammenmeldeeinrichtung
besteht.
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Die meisten bekannten Flammenmeß- und Meldeeinrichtungen, die mit
einem mit Fotowiderständen ausgerüsteten Detektorkreis arbeiten, benötigen zur Verstärkung
der von den lichtempfindlichen Zellen gelieferten Impulse einen oder mehrere nachgeschaltete
Verstärkerkreise, die mit Vakuumröhren oder neuerdings auch mit Transistoren versehen
sind. Die von einem derartigen Verstärker gelieferte-Ausgangsgröße wird einer nachgeschalteten
Meldevorrichtung, z. B. einem Relais, zugeführt, welches eine optische oder akustische
Warnvorrichtung betätigt.
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Eine wesentliche Voraussetzung für eine gute Flammenmeß- und Meldeeinrichtung
ist die Funktionstüchtigkeit einer derartigen Einrichtung über lange Zeiträume hinweg,
die man verständlicherweise mit dem kleinstmöglichen Wartungsaufwand aufrechterhalten
will. Je komplizierter und vielteiliger eine derartige Flammenmeß- und Meldeeinrichtung
ist, desto vielfältiger sind auch die Quellen für eine unerwünschte Störung.
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Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Flammenmeß- und Meldeeinrichtung
mit einem Detektor-, einem Signalkreis und einer Hilfsspannungsquelle zu schaffen,
die mit hohem Wirkungsgrad und über lange Zeiträume hinweg ohne Störung arbeitet,
wobei bereits geringe, von einem Feuer emittierte Strahlungsenergiemengen im ultraroten
Band zur Auslösung der Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung ausreichen. Die
Einrichtung soll dagegen nicht in Tätigkeit treten, wenn sie anderen gleichfalls
einen ultraroten Strahlungsanteil enthaltenden Strahlungsquellen ausgesetzt ist,
so daß ein Fehlalarm beispielsweise bei Exposition im Sonnenlicht oder Glühlicht
ausgeschlossen ist. Da die bisher bekannten Verstärkerkreise mit einer ausreichenden
Empfindlichkeit, welche die gestellten Forderungen erfüllen, aufwendig in ihrem
Aufbau und teuer sind, ist es ferner ein Ziel, die erfindungsgemäße Flammenmeß-
und Meldeeinrichtung ohne Zwischenschaltung derartiger Verstärker zur Betätigung
eines Signalkreises zu verwenden.
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Diese Ziele werden von einer Flammenmeß- und Meldeeinrichtung mit
einem Detektor-, einem Signalkreis und einer Hilfsspannungsquelle erfindungsgemäß
durch die Kombination der folgenden an sich bekannten Merkmale erreicht: a) Der
Detektorkreis besteht aus zwei in Serie liegenden und als Spannungsteiler geschalteten
Fotowiderständen, von denen der eine überwiegend auf Strahlung eines bestimmten
Frequenzbereichs (z. B. R2 auf Rot) und der andere überwiegend
auf
Strahlung eines außerhalb des Ansprechbereichs des ersten Fotowiderstandes liegenden
Frequenzbereichs (z. B. B2 auf Blau) anspricht; b) parallel zu einem dieser Fotowiderstände
liegt eine Glimmröhre; c) die Glimmröhre bildet zusammen mit der m einem lichtdichten
Gehäuse angeordneten Fotozelle ein Lichtrelais zur Auslösung eines Alarms im Signalkreis.
Die erwünschte Unterscheidungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung zwischen
Ultrarotstrahlungsquellen, die vom Feuer herrühren, und anderen Ultrarotstrahlungsquellen
wird bei Verwendung eines Detektorkreises gemäß Merkmal a) dann erreicht, wenn gemäß
einem älteren Vorschlag des Erfinders die beiden in Serie liegenden und als Spannungsteiler
geschalteten Fotowiderstände so ausgelegt sind, daß der eine Fotowiderstand in erster
Linie durch eine Verminderung seines Widerstandes auf Licht im Frequenzbereich von
rotem bis ultrarotem Licht anspricht und daß der andere Fotowiderstand in erster
Linie durch eine Verminderung seines Widerstandes auf Licht im Frequenzbereich von
blauem bis gelbem Licht und zusätzlich durch ein Ansteigen seines Widerstandes.bei
Bestrahlung mit Licht im roten bis ultraroten Frequenzbereich anspricht. Zweckmäßigerweise
verwendet man eine Fotowiderstandskombination, bei welcher der eine Fbtowiderstand
aus monokristallinem Kadnüumsulfid und der andere Fotowiderstand aus polykristallinem
Kadmiumsulfid, aus Bleisulfid oder aus Kadmiumselenid besteht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Zeichnung
zeigt eine schematische Schaltung der erfindungsgemäßen Flammenmeß- und Meldeeinrichtung
mit einem Detektor-, einem Signalkreis und einer Hilfsspannungsquelle. Wie man aus
der Zeichnung erkennt, besteht die erfindungsgemäße Meß- und Meldeeinrichtung im
wesentlichen aus den beiden in Serie liegenden und als Spannungsteiler geschalteten
Fotowiderständen R2 und B2. Diese beiden Fotowiderstände sind an die Spannungsquelle
E (Hilfsspannungsquelle) angeschlossen. Parallel zum Fotowiderstand B2 liegt eine
Neonglimmröhre G,. Die Glimmröhre G2 bildet zusammen mit der in einem schematisch
durch eine unterbrochene Linie dargestellten lichtdichten Gehäuse angeordneten Fotozelle
L2 ein Lichtrelais, welches bei Betätigung einen Alarm EL im in der Zeichnung
nicht dargestellten Signalkreis auslöst, indem der Widerstand der Fotozelle L2 bei
Belichtung so stark abnimmt, daß durch die Spannung EL
im Signalkreis Strom
fließen kann.
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Der rotempfindliche Fotowiderstand R2 besteht aus einem Material mit
lichtabhängiger Leitfähigkeit, welches in erster Linie auf Licht im roten bis ultraroten
Frequenzband anspricht. Polykristallines Kadmiumsulfid, Bleisulfid oder Kadmiumselenid
eignen sich für diesen Zweck. Der blauempfindliche Fotowiderstand B2 erniedrigt
seinen Widerstand bei Bestrahlung mit außerhalb des roten bis ultraroten Bandes
liegenden Frequenzen, beispielsweise bei Bestrahlung mit Licht im blauen bis gelben
Frequenzband. Zusätzlich nimmt sein Widerstand bei gleichzeitiger Bestrahlung mit
Licht im roten bis ultraroten Frequenzband zu. Als Material mit diesen Eigenschaften
kommt monokristallines Kadmiumsulfid in Frage. Die lichtempfindliche Fotozelle L2
am Ausgang des Signalkreises kann ähnlich dem Fotowiderstand R2 ausgebildet sein.
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Unter der Annahme, daß die beiden in Serie liegenden Fotowiderstände
R2 und B2 an einer Spannungsquelle E von 115 Volt Wechselspannung angeschlossen
sind, ergeben sich für den rotempfindlichen Widerstand, den blauempfindlichen Widerstand,
die Neonglimmröhre und die lichtempfindliche Ausgangszelle folgende Widerstandswerte:
| Zustand RE (Ohm) B2 (Ohm) in Betrieb |
| L2 (Ohm) |
| Dunkel.............................. unendlich unendlich nein
unendlich |
| Sonnenlicht geringer Stärke . . . . . . . . . . . .
50000 10000 nein unendlich |
| Glühlicht ............................ 100000 100000
nein unendlich |
| Feuer (klein) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 800000 10000 000 ja 50000 |
| Feuer (groß) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 100000 1000000 ja 10000 |
Aus obiger Tabelle erkennt man, daß die Widerstände der beiden Fotowiderstände R2
und B2 bei Dunkelheit unendlich groß sind, so daß die Glimmröhre G nicht gezündet
werden kann. Obwohl der Widerstand des Fotowiderstands B2 bei Exposition im Sonnenlicht
auf 10 000 Ohm zurückgeht, kann die Neonglimmröhre G2 in diesem Zustand gleichfalls
nicht gezündet werden, da gleichzeitig der Widerstand des Fotowiderstandes R2 auf
50 000 Ohm gefallen ist, so daß nur etwa ein Sechstel der angelegten Spannung an
der Glimmröhre G2 liegt. Bei Exposition der Einrichtung im Glühlicht beträgt der
Widerstand beider Fotowiderstände etwa 100 kOhm, so daß nur die Hälfte der angelegten
Spannung an der Glimmröhre G., liegt und diese gleichfalls nicht zündet.
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Sobald jedoch Licht von einer Flamme, die einen bedeutenden ultraroten
Strahlungsanteil enthält, auf die Fotowiderstände R2 und B2 fällt, erniedrigt sich
der Widerstand des Fotowiderstandes R2, um einen geringeren Widerstand als den des
Fotowiderstandes B2. Das bei einem kleinen Feuer gemessene Widerstandsverhältnis
beträgt gemäß obiger Tabelle etwa 800 kOhm : 10 MOhm, so daß etwa 80 % der angelegten
Spannung an der Glimmröhre G2 liegen, so daß diese zünden kann und Licht auf die
Ausgangszelle L2 fällt. Dadurch wird der Widerstand von L2 so weit herabgesetzt,
daß im Signalkreis durch eine Warnvorrichtung od. dgl. ein Signal ausgelöst werden
kann. Bei ultraroter Bestrahlung mit größerer Intensität, beispielsweise durch ein
stärkeres Feuer, wird der Widerstand des Fotowiderstandes R2, bis auf 100 kOhm herabgesetzt,
während der Widerstand von B2 nur auf 1 MOhm zurückgeht, so daß über 9011/o der
Spannung an der Glimmröhre G2 liegen
und diese zündet. Durch die
höhere an G2 liegende Spannung wird die Lichtausbeute der Neonglimmröhre größer,
so daß ein stärkerer Lichteinfall auf die Zelle L2 einwirkt, deren Widerstand weiter
erniedrigt wird, so daß ein stärkeres Signal im Signalkreis übertragen werden kann.
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Die obigen Erläuterungen lassen erkennen, daß die erfindungsgemäße
Flammenmeß- und Meldeeinrichtung nicht nur zur sicheren Identifizierung eines Feuers
zwischen anderen Ultrarotstrahlungsquellen verwendet werden kann, sondern daß sie
darüber hinaus auch eine Anzeige der Intensität der die Meldeeinrichtung auslösenden
Strahlung ermöglicht.
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Parallel zum blauempfindlichen Fotowiderstand B2 liegt außerdem ein
Eichwiderstand C2, der eine unerwünschte Zündung der Glimmröhre G2 bei Strahlungsintensitäten
unterhalb eines bestimmten Pegels verhindern soll. Dieser Eichwiderstand gestattet
beispielsweise einen Ausgleich etwas unterschiedlicher Empfindlichkeiten zwischen
den beiden Fotowiderständen R2 und B2 innerhalb einzelner Einrichtungen einer Serie.
Der genaue Widerstandswert von C2 hängt von den erwünschten. Eigenschaften der Einrichtung
ab und liegt etwa in der Größenordnung von 1 MOhm, wenn man für die Widerstände
R2 und B, die in obiger Tabelle angegebenen Werte zugrunde legt.