DE1566687C - Feuermelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuermelder mit mindestens einem auf Folgeerscheinungen eines Brandes empfindlichen Fühlerelement, das bei angelegter Spannung Brandkenngrößen in ein elektrisches Signal umwandelt, mit einem als Verstärkerelement und Schwellwertdetektor arbeitenden Transistor, dem das elektrische Signal des Fühlerelements als Eingangssignal zuführbar ist, und mit einer der Auswertung der Ausgangssignale des Transistors dienenden elektronischen Schaltung, die ihren elektrischen Widerstand sprungartig ändert, wenn das Ausgängssignal des Transistors einen bestimmten Schwellwert überschreitet. .

Fühlerelemente, welche auf Folgeerscheinungen eines Brandes, wie z.B. Rauchentwicklung, Temperaturanstieg, Flammenbildung usw., ansprechen und die Brandkenngrößen in eine elektrische Spannung umwandeln, sind in zahlreichen Varianten bekannt; . rauchempfindliche, lichtempfindliche und temperaturempfindliche Fühlerelemente werden unter anderem seit langem schon erfolgreich in Feuermeldern verwendet. Zur Verstärkung der über dem Fühlerelement aufscheinenden Spannungen werden verschiedene elektronische Schaltungen und Bauelemente benützt; besonders gut eignet sich dabei die Kaltkathodenröhre, welche seit einiger Zeit erfolgreich durch den Feldeffekttransistor ersetzt wird. Feldeffekttransistor und Kaltkathodenröhre weisen den Vorteil einer hohen Eingangsimpedanz auf und werden vor-' zugsweise in Verbindung mit hochohmigen Fühlerelementen wie etwa der rauchempfindlichen Ionijsationskammer eingesetzt. Bei der Verwendung von

6olniederohmigen Fühlerelementen kann natürlich ein gewöhnliches Verstärkerelement, ζ. Β. ein Transistor, eine Elektronenröhre usw., eingesetzt werden. Durch geeignete Schaltung können diese Bauelemente zugleich auch als Schwellwertdetektoren verwendet werden, so daß an deren Ausgang erst dann eine wesentliche Signaländerung auftritt, wenn das Potential an ihrem Eingang einen vorbestimmten Wert überschritten hat. Der Ausgang des Transistors, wel-

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eher im folgenden ganz allgemein das Verstärkerele- element rückgekoppeltes, in einem Parallelzweig des-

ment symbolisieren soll, ist an eine elektronische selben angeordnetes steuerbares Element besitzt,

Schaltung angeschlossen, deren Aufgabe in erster dessen Widerstand bei Überschreiten des betreffen-

Linie die Weiterleitung eines allfälligen Alarmsignals den Schwellwerts sinkt und dadurch den Spannungs-

an die Zentrale ist. Die elektronische Schaltung kann 5 abfall am Fühlerelement zusätzlich sinken läßt und

Elemente enthalten, weiche der Überwachung des so das Eingangssignal des Transistors in der gleichen

Feuermelders auf einwandfreie Funktionsbereitschaft Richtung verschoben wird wie bei einer Verstärkung

dienen. Schließlich kann der Feuermelder auch ein der Brandkenngrößen und der Melder dadurch in

Anzeigeorgan aufweisen, welches die Zustände des Selbsthaltung gerät.

Systems, nämlich Betriebsbereitschaft, Alarm oder 10 Der Melder, bestehend aus Fühlerelement, Tran-Störung, kennzeichnet. sistor und elektronischer Schaltung, wird durch diese Fühlerelement, Transistor und elektronische Schal- Maßnahme bistabil und unterscheidet sich damit tung bilden bei den meisten bekannten Feuermeldern grundlegend von einem anderen bekannten Feuereine Signalkette; die Schaltung gibt dabei ein durch meider, bei welchem zwei Fühlerelemente in Brückendas Fühlerelement ausgelöstes Alarmsignal nur so 15 schaltung mit einer elektronischen Schaltung in Serie lange an die Zentrale weiter, als das Fühlerelement Hegen und bei welchem Brückenschaltung und elekdie entsprechende Signalspannung abgibt. Aus ver- tronische Schaltung ein rückgekoppeltes System, schiedenen Gründen muß jedoch gefordert werden, jedoch mit monostabilen Eigenschaften, bilden. Ein daß ein angesprochener Melder seinen Alarmzustand Alarmsignal scheint bei diesem bekannten System nur auch dann noch beibehält, wenn die alarmauslösen- 20 ^s° '^ange auf, als die Brückenschaltung verstimmt ist; den Bedingungen wieder verschwunden sind, das verschwinden die alarmauslösenden Bedingungen Fühlerelement folglich keine alarmauslösende Span- wirklich oder nur scheinbar, so kehrt die Brücke nung mehr abgibt. Es sind deshalb Feuermelder be- wieder ins Gleichgewicht zurück, und das Alarmsignal kanntgeworden, welche ein bistabiles Schaltelement verschwindet.

aufweisen, welches den Alarmzustand so lange 25 Der Stand der Technik sowie einige besonders vorspeichert, bis eine Rückstellung des Feuermelders, teilhafte Ausführungen der Erfindung werden im folzumeist von der Zentrale aus, erfolgt. genden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Als bistabile Elemente wurden bisher, abgesehen Es zeigt

von wirtschaftlich ungünstigen, aufwendigen Schal- F i g. 1 ein Schaltungsbeispiel zur Erläuterung des

tungen, hauptsächlich gesteuerte Gleichrichter und ₃₀ Standes der Technik,

elektromechanische Relais verwendet. Aus der deut- Fig. 2 ein erstes' Ausführungsbeispiel eines erfin-

schen Auslegeschrift 1 194 739 ist es auch bekannt, dungsgemäßen Feuermelders,

astabile Multivibratoren und Flip-Flop-Schaltungen Fig. 3 das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit

als bistabile Schaltelemente zu'benützen. Diese Schal- Vorrichtung zur Funktionskontrolle,

tungen haben indessen den Nachteil, daß sie durch ₃₅ ' Fig.4 das Ausführungsbeispiel der Fig.2 mit

externe Störungen leicht zur Zündung und Um- verstärkter Selbsthaltung.

schaltung in den andern bistabilen Zustand gebracht In der den Stand der Technik repräsentierenden werden können. Soll dieser Nachteil vermieden wer- F i g. 1 besteht das Fühlerelement 1 aus einer Ioniden, so müssen verzögernde und stabilisierende Schalt- sationskammer mit einem in Serie geschalteten Widerelemente wie Kondensatoren und Zenerdioden einge- ₄₀ stand 2. Die Ionisationskammer 1 ist so beschaffen, baut werden, die den Melder verteuern und zudem daß die umgebende Luft nahezu ungehinderten Zudie Zuverlässigkeit des Systems, auf die Dauer ge- tritt hat. Auf Grund der. physikalischen Eigenschafsehen, reduzieren. Elektromechanische Relais dagegen ten der Ionisationskammer ändert sich beim Eindrinergeben im Zusammenhang mit Feuermeldern der ein- gen von Rauchgasen deren elektrischer Widerstand, gangs beschriebenen Art schaltungstechnische Schwie- ₄₅ wodurch eine entsprechende Spannungsänderung über rigkeiten und sind auf die Dauer gesehen ebenfalls der Ionisationskammer hervorgerufen wird,
relativ unzuverlässig. Die Größe des elektrischen Stromes, welcher bei ' Die deutsche Auslegeschrift 1 198 712 beschreibt Abwesenheit von Rauchaerosolen in der Ionisationseinen weiteren bekannten Ionisationsfeuermelder, kammer fließt, wird durch die. Stärke eines radiobei welchem das Fühlerelement gleichzeitig, in einem ₅o aktiven Präparates bestimmt, durch dessen ionisie-Gleichstromkreis und einem Wechselstromkreis liegt. rende Strahlung die Luft in der Kammer leitend Bei der als Zusatzmeldung dazu veröffentlichten gemacht wird. Als Verstärkerelement dient ein Felddeutschen Auslegeschrift 1 225 077 ist eine Rück- effekttransistor 4, dessen Gitter derart an die Ionikopplung vom Ausgang des Wechselstromkreises zu sationskammer 1 angeschlossen, ist, daß die Spannung dessen Eingang vorgesehen. Hierbei wird jedoch die 55 über derselben den Strom, im Feldeffekttransistor 4 am Fühlerelement liegende Gleichspannung nicht ge- steuert; die Spannung über dem Widerstand 6 ist ändert und der Arbeitspunkt durch diese Art der dann ein Maß für die Spannung über dem Fühler-Rückkopplung nicht verschoben, so daß auch diese element 1. Die vom Verstärkerelement 4 angesteuerte Schaltung durch externe Störungen leicht zum Zu- elektronische Schaltung besteht aus einer Zenerdiode rückfallen in den anderen Zustand gebracht werden 60 25 mit Widerstand 26, einem gesteuerten Gleichrichkann. ^ter 8 sowie einem Anzeigeinstrument 9. Der Gleich-Aufgabe der Erfindung ist deshalb ein störungs- richter 8 zündet, wenn die Spannung über dem Wider

sicherer und auf die Dauer gesehen zuverlässiger Feuermelder der eingangs beschriebenen Art, bei welchem die Speicherung eines Alarmzustandes mit 65 möglichst geringem Aufwand erreicht wird.
. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,

stand 6 die Zenerspannung der Zenerdiode 25 überschreitet und speichert durch seine bistabile Eigenschaft das Signal bis zur Rückstellung des Melders durch die Zentrale. Das in Serie mit dem gesteuerten Gleichrichter 8 geschaltete Anzeigeinstrument 9 dient

daß die elektronische Schaltung ein mit dem Fühler- zur Kennzeichnung des Alarmzustandes.

F i g. 2 zeigt ein erstes Schaltungsbeispiel eines Feuermelders nach der Erfindung. Analog Fig. 1 ist hier wiederum die Ionisationskammer 1 mit dem Widerstand 2, welcher auch aus einer weiteren Ionisationskammer bestehen kann, in Serie geschaltet und der gemeinsame Verbindungspunkt auf das Gitter des Feldeffekttransistors 4 geführt. Die Kathode des Feldeffekttransistors 4 ist mittels eines Spannungsteilers: Widerstands, Potentiometer6 vorgespannt. Der Feldeffekttransistor 4 arbeitet als Verstärkerelement und Schwellwertdetektor, wobei seine Ansprechschwelle durch das Potentiometer 6 eingestellt werden kann. Die Anode des Feldeffekttransistors 4 ist über einen Widerstand 7 mit der einen Speiseleitung 11 verbunden. Die elektronische Schaltung der F i g. 2 besteht hier aus einem Transistor 8 undj einem Widerstand 3, wobei der Emitter des Transistors 8 mit der Speiseleitung 11, der Kollektor über den Widerstand 3 mit der Speiseleitung 12 verbunden ist. Der niederohmige Ausgang der Ionisationskammer 1 ist auf den Kollektor des Transistors 8 geführt, dessen Basis von der Anode des Feldeffekttransistors 4 angesteuert wird. Die Zentrale besteht, stark vereinfacht, aus einem Strommeßgerät 9 in Serie mit einer Spannungsquelle 10, welche zwischen die Speiseleitungen 11 und 12 geschaltet sind.

Der Transistor8 ist im Ruhezustand gesperrt. Dringt nun Rauch in die Ionisationskammer 1 ein, so vergrößert sich deren Widerstand, wodurch die Gitter-Kathodenspannung des Feldeffekttransistors 4 bis zur Ansprechschwelle steigt. Über dem Widerstand 7 erscheint ein Spannungsabfall, und der Transistor 8 beginnt zu leiten. Über dem Widerstand 3 baut sich eine Spannung auf, welche durch den Spannungsteiler: Ionisationskammer 1, Widerstand 2 auf das Gitter des -Feldeffekttransistors 4 übertragen wird, wodurch letzterer noch stärker leitet. Diese Rückkopplung bewirkt, daß die Spannung über der Ionisations,-kammer 1 praktisch abgeschaltet wird; das an den Klemmen der Kammer verbleibende Potential wird praktisch gleich jenem der Speiseleitung 11, und der Feldeffekttransistor 4 verharrt nun im leitenden Zustand bis zu einer allfälligen, willentlichen Rückstellung des Feuermelders. Dieser bistabile Zustand wird auch dann beibehalten, wenn die auf die Ionisationskammer 1 einwirkende Brandkenngröße wieder unter den Alarmwert sirtkt 'bzw. die Kammer ein unter der Alarmschwelle liegendes Signal abgibt.

Durch die Abschaltung der Spannung über der Ionisationskammer 1 im alarmierten Zustand des Melders ergibt sich noch folgender, wesentlicher Vorteil: Es ist allgemein bekannt, daß, bedingt durch die elektrische Aufladung der Brandaerosole in der Ionisationskammer, je nach Größe der vorherrschenden elektrischen Feldstärke eine mehr oder weniger starke Aerosolabscheidung an den Elektroden der Ionisationskammer 1 stattfindet und so die Funktionssicherheit des Feuermelders beeinträchtigt. Wird nun bei Ansprechen des Melders die Spannung über der Ionisationskammer 1 abgeschaltet, so kann infolge Fehlens eines elektrischen Feldes keine weitere Abscheidung mehr stattfinden; der Feuermelder ist damit; auch weiterhin, ohne Vornahme von aufwendigen Reinigungsarbeiten, einsatzfähig.

Die Ionisationskammer 1 wurde bisher lediglich als Widerstand betrachtet; in Wirklichkeit besitzt sie jedoch noch eine Eigenkapazität, welche in der F i >>. 2 mit 13 bezeichnet ist. Diese Tatsache wirkt sich positiv auf die Zuverlässigkeit der rückgekoppelten Schaltung aus, wird doch durch die resultierende Zeitverzögerung die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlalarmen infolge Einwirkung von externen Störungen in Form von kurzen. Spannungsspitzen oder Impulsen wesentlich verringert. Die Ionisationskammer 1 besitzt einen Innenwiderstand in der Größenordnung ΙΟ¹¹ Ω und eine Eigenkapazität von etwa 10 pF, so daß sich eine Zeitkonstante von

ίο etwa 1 Sekunde ergibt. Weiter besitzt auch der Feldeffekttransistor 4 eine (geringe) Eigenkapazität, so daß der Feuermelder der F i g. 2 ohne zusätzliche Schaltungsmittel eine gute Ansprechverzögerung aufweist. Wie bereits erwähnt, sind Feldeffekttransistor 4 und Transistor 8 im Ruhezustand stromlos. Damit kann der Ruhestrom und damit die Leistungsaufnahme des Melders im Normalbetrieb klein gehalten werden, was heute im Hinblick auf Anlagen mit mehreren hundert Meldern pro Gruppe positiv ins Gewicht fällt. Aus dieser Anordnung ergibt sich zudem noch als Vorteil, daß die Transistoren bei hoher Umgebungstemperatur zu leiten beginnen, womit der Feuermelder zugleich auch als Maximaltemperaturmelder arbeitet. Die Erfindung kann aber selbstverständlich auch mit im Ruhezustand leitenden Transistoren, bzw. ein Transistor leitend und ein Transistor gesperrt, realisiert werden.
i Aber auch im leitenden Zustand nehmen der FeIdjertekttransistor4 wie der Transistor 8, im Vergleich zum bekannten gesteuerten Gleichrichter der Fig. 1, nur relativ wenig Leistung auf. Dies ist besonders dann wichtig, wenn die Melder mit einer Vorrichtung gekoppelt sind, die zu Prüfzwecken bei allen Meldern gleichzeitig alarmsimulierende Bedingungen schafft und das simultane Ansprechen aller Feuermelder überwacht; in diesem Falle muß aus installationstechnischen und Gründen der Energieversorgung der Alarmstrom eines einzelnen Melders möglichst klein gehalten werden.

40^! F i g. 3 zeigt eine solche Kombination eines erfindungsgemäßen Feuermelders mit einer Vorrichtung zur periodischen Überwachung der Funktioristüchtigkeit der Melder. Die Kollektoren der einzelnen Transistoren 8 der Melder sind über Dioden 14 mit einer Sammelleitung 15 verbunden, welche in der ) Zentrale über einen Widerstand 16 und ein Strommeßgerät 19 an den einen (negativen) Pol der Spännungsquelle 10 geführt ist. Parallel zum Strommeßgerät 19 und Widerstand 16 liegt die Serienschaltung

50. eines Schalters 17 und eines Widerstandes 18; bei ! kurzzeitiger Betätigung des Schalters 17 wird das Potential an der niederohmigen Klemme der Ionisationskammer 1 von einem Wert, der praktisch gleich dem Potential der Speiseleitung 12 ist, auf einen durch den Spannungsteiler: Widerstand 3 — Widerstand 18 gegebenen (negativen) Wert erhöht. Dadurch wird auch die Gitter-Kathodenspannung des Feldeffekttransistors 4 vergrößert, so daß dieser zündet und der Melder, sofern intakt, in seine bistabile Alarmstellung kippt. Die Dioden 14 bilden mit dem Widerstand 16 zusammen ein UND-Tor; sind alle geprüften Melder intakt, so bleiben sämtliche Dioden -14 gesperrt und das Strommeßgerät 19 stromlos. Ist jedoch mindestens ein Melder defekt, so fließt nunmehr über dessen Widerstand 3 ein Strom durch das Meßgerät 19, wobei dessen Ausschlag eine Störung anzeigt.

Die Alarmgabe eines Melders erfolgt weiterhin

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über das in der Speiseleitung 11 liegende Strommeß- derspannung (Haltespannung) somit nur noch durcl

gerät 9. Durch geeignete Wahl des Widerstandes 3 die Schwellwertspannung des Feldeffekttransistor kann dabei der im Alarmfall fließende Strom auf gegeben. Die Maßnahme der F i g. 4 ist vor allen

einen gewünschten Wert, etwa den doppelten Ruhe- > dann angebracht, wenn die Melder-Speisespannun;

strom, eingestellt werden. Die Rückstellung der MeI- 5 nicht als konstant angenommen werden darf, ζ. Β

der erfolgt durch Unterbrechung der Speiseleitung 11 wenn die Speiseleitung einen relativ hohen Leitungs

mittels eines Unterbrechers 20. widerstand 24 besitzt, oder die Speisespannungsquelli

F i g. 4 zeigt schließlich eine Modifikation der 10 nicht niederohmig genug ist.

Schaltung gemäß F i g. 2. Parallel zum Potentio- Wurden die Schaltungen der F i g. 2 bis 4 bishe

meter 6 ist die Bmitter^Kollektorstrecke eines weite- ₁₀ lediglich an Hand von Rauchbrandmeldern, be

ren Transistors 21 angeordnet, dessen Basis über welchen als Fühlerelement eine Ionisationskammer

einen Widerstand 22 mit dem Kollektor des Tran- verwendet wird, beschrieben, so eignen sich dii

sistors 8 und über einen Widerstand 23 mit der gleichen Schaltungen selbstverständlich auch fü

Speiseleitung 12 verbunden ist. Bei Ansprechen des optische, thermische und andere Feuermelder diese

Feldeffekttransistors 4 und des Transistors 8 wird ₁₅ Art. So besteht beispielsweise beim optischen Feuer

auch Transistor 21 leitend und schließt damit das meider das Fühlerelement aus einer Photozelle, weicht

Potentiometer 6 kurz. Damit wird die Gitter-Katho- über den Feldeffekttransistor 4 und die elektronisch!

denspannung des Feldeffekttransistors 4 zusätzlich Schaltung eine Lichtquelle ansteuert. Die Rückkopp

vergrößert und auf die Melderbetriebsspannung ge- lung würde in diesem Falle optisch erfolgen, inden

bracht. Für die Aufrechterhaltung eines, allfälligen ₂₀ die Energie der Lichtquelle wieder auf die Photozelh

Alarmzustandes ist die minimal erforderliche MeI- zurückgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Feuermelder mit mindestens einem auf Folgeerscheinungen eines Brandes empfindlichen Fühlerelement, das bei angelegter Spannung Brandkenngrößen in ein elektrisches Signal umwandelt, mit einem als Verstärkerelement und Schwellwertdetektor arbeitenden Transistor, dem das elektrische Signal des Fühlerelements als Eingangssignal zuführbar ist, und mit einer der Auswertung der Ausgangssignale des Transistors dienenden elektronischen Schaltung, die ihren elektrischen Widerstand sprungartig ändert, wenn das Ausgangssignal des Transistors einen bestimmten Schwellwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (3, 8) ein mit dem Fühlerelement (1) rückgekoppeltes, in einem Parallelzweig desselben angeordnetes steuerbares Element (8) besitzt, dessen Widerstand bei Überschreiten des betreffenden Schwellwerts sinkt und dadurch den Spannungsabfall am Fühlerelement (1) zusätzlich sinken läßt und so das Eingangssignal des Transistors (4) in der gleichen Rchtung verschoben wird wie bei einer Verstärkung der Brandkenngrößen und der Melder dadurch in Selbsthaltung gerät.

2. Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung einen zweiten Transistor (8) und einen Widerstand (3) aufweist, der in Serie mit der Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors (8) geschaltet ist, dessen Basis an den Ausgang des ersten Transistors (4) geschaltet ist, während das Fühlerelement (1) auf der einen Seite mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (4) und auf der anderen Seite mit dem Knotenpunkt zwischen dem zweiten Transistor (8) und dem Widerstand (3) verbunden ist.

3. Feuermelder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (4) und der zweite Transistor (8) im Rühezustand stromlos und jm angesprochenen Zustand stromführend sind.

4. Feuermelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement durch eine Ionisationskammer (1) gebildet ist, welche in Serie mit einem Widerstand (2) liegt wobei das Gitter des ersten Transistors (4) auf dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen Ionisationskammer (1) und Widerstand (2) geführt ist.

5. Feuermelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (2) aus einer zweiten Ionisationskammer gebildet ist.

6. Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode des ersten Transistors (4) zur Einstellung der Ansprechschwelle des Melders auf den Abgriff eines Potentiometers (6) geführt ist.

7. Feuermelder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kathodenwiderstand (6) des ersten Transistors (4) ein dritter Transistor (21) angeordnet ist, dessen Basis vom zweiten Transistor (8) derart ansteuerbar ist, daß bei Ansprechen des ersten Transistors bzw. des zweiten Transistors der dritte Transistor den Kathodenwiderstand(6) kurzschließt (Fig. 4).

8. Feuermelder nach Anspruch 2, der in bekannter Weise mit mindestens einem weiteren Feuermelder parallel geschaltet und mit einer Signalzentrale verbunden ist, wobei in dieser Zentrale Mittel vorgesehen sind, welche zur Funktionsprüfung dieser Feuermelder die Eingangsspannung am ersten Transistor auf den Alarmwert bringen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Feuermelder am Kollektor des zweiten Transistors (8) eine Diode (14) angeschaltet ist, welche über eine für alle Feuermelder gemeinsame Leitung (15) mit der Zentrale verbunden ist, so daß diese Dioden (14) eine logische Schaltung bilden, welche anzeigt, ob während des Prüfvorganges alle angeschlossenen Melder sich im Alarmzustand befinden (F i g. 3).

9. Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (4) aus einem Feldeffekttransistor besteht.