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Die vorliegende Erfindung geht aus von einer selektiv auf Ultrarotstrahlen
einer Flamme ansprechenden fotoelektrischen Vorrichtung mit einem aus zwei Fotowiderständen
gebildeten, von einer Spannungsquelle gespeisten Spannungsteiler; dessen Abgriff
im Eingangskreis eines Steuerverstärkers liegt und bei der die beiden Fotowiderstände
auf unterschiedliche Spektralbereiche sensibilisiert sind (schweizerische Patentschrift
329 442).
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Auf dem Gebiet der Staubüberwachung ist eine Vorrichtung bekannt (deutsche
Patentschrift 846 025), bei welcher der Gesichtsfeldkegel einer Fotozelle senkrecht
zum Strahlungskegel einer Bogenlampe angeordnet ist, so daß beim Auftreten von Staubteilchen
im Kreuzungsbereich der beiden Kegel eine Streustrahlung erzeugt wird, die die Fotozelle
zum Ansprechen bringt. Da eine derartige als Staubmelder verwendete überwachungsvorrichtung
auf Licht jeglicher Art anspricht, muß dieselbe vollkommen nach außen abgeschirmt
werden, damit -äußere Lichtquellen - wie z. B. Sonnenbestrahlung und das Licht von
Beleuchtungskörpern - nicht einen Fehlalarm verursachen können.
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Es ist fernei eine Differentialschaltung mit zwei Fotozellen bekannt
(deutsche Auslegeschrift 1038454), bei welcher der Lichtdurchgang durch eine erste,
den Rauchpartikeln ausgesetzte Kammer mit dem Lichtdurchgang durch eine danebenliegende
Vergleichskammer verglichen wird, wodurch die Ansprechempfindlichkeit erhöht werden
konnte: Die bisher bekannten, oben beschriebenen überwachungsvorrichtungen haben
alle gemeinsam den Nachteil; daß sie zur Feststellung entweder nur von Rauch oder
nur von Flammen verwendet werden konnten. Wenn somit Systeme für die gleichzeitige
Überwachung von Rauch- und Flammenbildung gewünscht wurden, so mußten zwei getrennte
überwachungsvorrichtungen mit einer Vielzahl von paarweise angeordneten Detektoreinheiten
verwendet werden, was einen relativ hohen Schaltungsaufwand erforderte und hohe
Kosten verursachte.
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Es ist somit Ziel der vorliegenden. Erfindung, eine überwachungsvorrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, gleichzeitig sowohl Rauch- als auch Flammenbildung
zu überwachen.
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Die eingangs beschriebene Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Überwachung von Flammen- und Rauchbildung
eine Strahlungsquelle vorgesehen ist, die im wesentlichen Licht mit derselben spektralen
Zusammensetzung wie eine Flamme erzeugt und deren Strahlungskegel den von Rauch
erfüllbaren Gesichtsfeldkegel der in- einem Detektorkopf vereinigten Fotowiderstände
kreuzt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß
der eine Fotowiderstand aus polykristallinem Kadmiumsulfid, Bleisulfid oder Kadmiumselenid
besteht und auf Rot/Ultrarotlicht anspricht und daß der andere Fotowiderstand aus
monokristallinem Kadmiumsulfid besteht und auf Blaulicht derart anspricht, daß-
seine Ansprechempfindlichkeit durch zusätzliche Bestrahlung mit Licht im Bereich
von Rot/Ultrarot abnimmt.
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Eine derartige Anordnung ergibt einen äußerst selektiv ansprechenden
Detektorkopf, so daß eine mit einem derartigen Detektorkopf versehene Rauch-und
Flammenüberwachungsvorrichtung selbst in Räumen mit starker direkter Sonnenbestrahlung
eingesetzt werden kann. _ Zur Unterscheidung von Flammen- und Rauchwarnsignalen
ist es zweckmäßig, daß ein Alarmrelais mit einem Umschaltkontakt in Abhängigkeit
vom Potential am Abgriff des Spannungsteilers anspricht, und daß der Umschaltkontakt
in Ruhestellung den Stromkreis der Strahlungsquelle und in Arbeitsstellung den einer
Alarmanzeigevorrichtung derart schließt, daß das Flammenwarnsignal kontinuierlich
und das Rauchwarnsignal intermittierend erscheint.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erörtert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.
Es zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen überwachungsvorrichtung;
F i g. 2 ein Diagramm der Ansprechkennlinien der beiden Fotozellen R und B der in
F i g. 1 gezeigten überwachungsvorrichtung, F i g. 3 ein schematisches Schaltbild
der erfindungsgemäßen überwachungsvorrichtung bei Verwendung mehrerer Detektoreinheiten,
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F i g. 4 ein schematisches Schaltbild der in den F i g. 1 und 3 gezeigten
Alarmauslöseeinheit, F i g. 5 eine Draufsicht - teilweise im Schnitt -einer überwachungsvorrichtung
gemäß der Erfindung und F i g. 6 eine Vorderansicht - teilweise im Schnitt - der
in F i g. 5 gezeigten überwachungsvorrichtung. F i g.1 zeigt das Schaltschema der
erfindungsgemäßen fotoelektrischen Vorrichtung. Wie man an diesem Schaltbild erkennt,
ist eine Strahlung im roten bis ultraroten spektralen Bereich erzeugender Ultrarotstrahler
L über einen Umschaltkontakt K1 mit einer Spannungsquelle E verbunden. Ferner sind
zwei in Serie geschaltete Fotowiderstände R und B vorgesehen, von denen der eine
Fotowiderstand R auf den spektralen Bereich Rot bis Ultrarot und der andere Fotowiderstand
B auf den sichtbaren Spektralbereich - insbesondere die Farbe Blau - anspricht,
wobei gleichzeitig eine Desensitivierung dieses Fotowiderstandes B bei Bestrahlung
mit Ultrarot eintritt, so wie dies an Hand von F i g. 2 noch näher erörtert wird.
Derartige Ansprecheigenschaften können beispielsweise erzielt werden, wenn der eine
Fotowiderstand R aus polykristallinem Kadmiumsulfid, Bleisulfid oder Kadmiumselenid
und der zweite Fotowiderstand B aus monokristallinem Kadmiumsulfid besteht. Die
beiden: Fotowiderstände R und B sind über die Klemmen t1 und t3 ebenfalls mit der
Spannungsquelle E verbunden. Das an dem Verbindungspunkt t2 abgenommen zwischen
den beiden Fotowiderständen R und B e Potential wird einer Alarmauslöseeinheit Z
zugeführt, die aus einem Verstärker Y und dem Alarmrelais K besteht, wobei die Wicklung
des den Umschaltkontakt K1 betätigenden Alarmrelais K zwischen- dem Ausgang des
Verstärkers V und der geerdeten. Verbindungsklemme t3 liegt.
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Die erfindungsgemäße überwachungsvorrichtung arbeitet wie folgt:-
Bei Anschluß einer Spannung zwischen den Klemmen t1 und t3 wirkt die Serienschaltung
der beiden Fotowiderstände R, B als Spannungsteiler, wobei sich je nach den vorliegenden
Beleuchtungsverhältnissen eine bestimmte Klemmenspannung am Abgriff t2 einstellt;
die an den als Diskriminator ausgebildeten Verstärker V weitergeleitet wird. Liegt
die abgegriffene Spannung über dem
Schwellenwert des Diskriminators,
so wird über das Alarmrelais K eine Anzeigevorrichtung = =beispielsweise eine Alarmanzeigelampe
1- zum Ansprechen gebracht.
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Wie bereits hervorgehoben, spricht die erfindungsgemäße Vorrichtung
sowohl auf Flammen als auch auf Rauch an. Dies geschieht wie folgt: Bei Feststellung
einer äußeren Ultrarotstrahlenquelle gelangt der Fotowiderstand R in seinen niederohmigen
Zustand, wodurch das Potential an t2 steigt und über den Verstärker V das Relais
K erregt wird. Dadurch gelangt der Umschaltkontakt K, in Arbeitsstellung, so daß
die Alarmanzeigelampe I an die Stromquelle E angeschlossen wird. Die Alarmanzeigelampe
I bleibt so lange erregt, solange eine äußere Ultrarotstrahlungsquelle vorhanden
ist. Treten jedoch bei Abwesenheit einer derartigen äußeren Strahlungsquelle Rauch
oder Dämpfe in den von der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung beaufschIagten
Raum, so gelangen die von dem Ultrarotstrahler L ausgesandten Strahlen durch Dispersion
an den Rauch- oder Dampfpartikeln in den Gesichtsfeldkegel des Fotowiderstandes
R, so daß derselbe auch auf diese Weise in seinen -niederohmigen Zustand gelangt.
Schaltet nun der Umschaltkontakt Ki in seine Arbeitslage um, so wird der Stromkreis
der Alarmanzeigelampe I geschlossen, so daß dieselbe aufleuchtet. Gleichzeitig wird
die Energiezufuhr zu dem Ultrarotstrahler L unterbrochen, so daß derselbe erlischt.
Da nunmehr keine Ultrarotstrahlen in den Gesichtsfeldkegel des Fotowiderstandes
R mehr gelangen, klingt die Erregung des Relais K nach einer durch den Fotowiderstand
R und das Relais K bedingten Zeit ab, und der Kontakt K, schaltet die Energiezufuhr
von der Alarmanzeigelampe I wieder auf den Ultrarotstrahler I zurück. Dadurch erhält
man eine intermittierende Anzeige der Alarmanzeigelampe I für den Fall, daß Rauch
in dem zu überwachenden Raum vorhanden ist. Die erfindungsgemäße überwachungsvorrichtung
kann daher zwischen einem äußeren Ultrarotstrahler - beispielsweise einer Flamme
- und dem Vorhandensein kleiner Teilchen - beispielsweise Rauch - in dem zu überwachenden
Raum unterscheiden.
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In F i g. 2 sind die Kennlinien der beiden Fotowiderstände R und B
innerhalb eines Wellenlängenbereiches von etwa 0,3 bis 1 R, eingezeichnet. Während
die Kurve Rr die Ansprechcharakteristik des Fotowiderstandes R darstellt, zeigt
die Kurve Rbi die Ansprechcharakteristik des Fotowiderstandes B. Bei zusätzlicher
Bestrahlung mit Licht, dessen Frequenz im Ansprechbereich des Fotowiderstandes R
liegt, vermindert sich jedoch die Empfindlichkeit des Fotowiderstandes B, und es-
ergeben sich für verschiedene, zusätzliche Intensitäten einer Rotstrahlung die etwas
gedrückten Ansprechkennlinien Rb2 und Rb. für den Fotowiderstand B.
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F i g. 3 zeigt das Schaltdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem beliebig viele - gemäß dem vorliegenden
Beispiel zwei - Detektoreinheiten mit je einem auf Rotlicht und Blaulicht ansprechenden
Fotowiderstand R, B zusammengeschaltet sind. Wie man aus F i g. 3 erkennt, sind
die Fotowiderstände Bi und B2 über den Fotowiderständen Ri und R2 angeordnet; dadurch
wird erreicht, daß jeweils immer zwei Fotowiderstände R und B dieselbe Lichtintensität
erhalten, so daß auftretende Schattenbildungen keinen Fehlalarm verursachen können.
Gegenüber F i g. 1 unterscheidet sich F i g. 3 nur dadurch, daß zwei vorzugsweise
in Parallelschaltung liegende Ultrarotstrahler L, und L2 vorgesehen sind und daß
die jeweiligen Ausgänge der Detektoreinheiten über Dioden D1 und D2 . an die Eingangsklemme
t2 der zentral angeordneten Alarmauslöseeinheit Z geführt sind, wobei zwischen der
Eingangsklemme t2 und Erde ein Widerstand Ri vorgesehen ist.
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Die Funktionsweise dieser Schaltung ist wie folgt: Die beiden Paare
von Fotowiderständen Ri, Bi und R2, B2 befinden sich an verschiedenen Stellen eines
zu überwachenden Raumes und sind somit auch unterschiedlichen Bestrahlungen ausgesetzt.
Es sei angenommen, daß beispielsweise das Paar von Fotowiderständen Ri, Bi mehr
von einer Flamme sehen kann als das Paar der Fotowiderstände R2, B2. In diesem Fall
liefert das erstgenannte Paar von Fotowiderständen R1, Bi eine höhere Spannung an
die Ausgangsklemme t2_ Auf Grund dieser Spannung wird die Diode D2 gesperrt, so
daß die höhere Spannung an den Eingang des Verstärkers. V gelangt. Bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dienen daher die Dioden Di und D2 dazu, den an den verschiedenen Detektoreinheiten
auftretenden Maximalwert auszuwählen und der Verstärkereinheit V zuzuführen.
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Der Ausgang der Detektoreinheiten kann in manchen Fällen direkt mit
der Wicklung des Alarmrelais K verbunden sein. Zweckmäßigerweise verwendet man jedoch
den in F i g. 1 und 3 gezeigten Verstärker V mit einer in F i g. 4 dargestellten
Schaltung, die zwei in Emitterfolge geschaltete Transistoren T, und T2 aufweist.
Während der Emitter des Transistors Ti über einen Thermistor Rt an Erde geführt
ist, liegt der Emitter des Transistors T2 an der Wicklung des Alarmrelais K, die
wiederum über einen Widerstand R2 an die Klemme t3 und damit an Erde geführt ist.
Parallel zu dem Transistor T2 und der Wicklung des Alarmrelais K ist eine Zenerdiode
D3 in Serie mit einem Widerstand R3 vorgesehen.
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Die in F i g. 4 gezeigte Alarmauslöseeinheit Z arbeitet wie folgt:
Das über die Klemme t2 ankommende Signal wird mit Hilfe der emitterseitg in Kaskade
geschalteten Transistoren T, und T2 verstärkt und erscheint mit niedriger Impedanz
an der Wicklung des Alarmrelais K und dem Widerstand R2. Temperaturbedingte Leitfähigkeitsänderungen
der beiden Transistoren Ti, T2 werden durch eine entsprechende Leitf'ähigkeitsänderung
des Thermistors Rt kompensiert. Der die Zenerdiode D3 -und Widerstände R3 und R2
enthaltende Zweig der Verstärkerschaltung dient zur Kompensation von Spannungsänderungen
der Spannungsquelle E, da beim Ansteigen der Spannung über einen bestimmten Schwellwert
die Zenerdiode D3 leitend wird. Durch geeignete Dimensionierung kann erreicht werden,
daß die an der Wicklung des Alarmrelais K anliegende Spannung proportional zu der
an der Klemme t2 auftretenden Eingangsspannung ist und somit unabhängig von der
Batteriespannung wird.
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F i g. 5 und 6 zeigen Ansichten - teilweise im Schnitt - des mechanischen
Aufbaus einer Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. F i g. 5
läßt erkennen, daß das Paar von Fotowiderständen R, B nahe einer Zerstreuungsscheibe
11 innerhalb eines Rohres 12 untergebracht ist. Die Fotowiderstände R, B und die
nicht gezeigten elektrischen Zuleitungen sind gegenüber dem Rohr
12
isoliert. Das Rohr 12 ruht auf einer Konsole 13 innerhalb eines Schutzgehäuses
14, das vorzugsweise aus Drahtgeflecht oder perforiertem Metallblech besteht. Die
Konsole 13 trägt auch den Ultrarotstrahler L, welcher eine Strahlung im Ansprechbereich
des Fotowiderstandes R aussendet. Das Rohr I2 ist so geformt, daß es die Fotowiderstände
R, B gegen direkte Bestrahlung des einen Strahlungskegel 16 aufweisenden Ultrarotstrahlers
L abschirmt; andererseits aber für die Fotowiderstände R, B einen Gesichtsfeldkege117
. erzeugt, der sich durch das Gehäuse 14 hindurch bis nach außen erstreckt. Der
Außenraum wird somit auf Flammen und ähnliche äußere Ultrarotstrahler überwacht.
Gleichzeitig können jedoch auch Rauch oder andere kleine Teilchen auf Grund der
natürlichen Luftzirkulation durch die in den Wandungen des Schutzgehäuses 14 angeordneten
Öffnungen in den Gesichtsfeldkegel17 der FotowidersfändeR, B gelangen. In dem Bereich,
in welchem der Gesichtsfeldkege117 von dem von dem Ultrarotstrahler L ausgeleuchteten
Strahlungskegel 16 durchkreuzt. wird, ergibt sich eine Dispersion der durch
den Ultrarotstrahler L ausgesandten Strahlung, wodurch die Fotowiderstände R,-B
indirekt bestrahlt und beeinflußt werden.
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Da die Fotowiderstände R, B der erfindungsgemäßen trberwachungsvorrichtung
nur für äußere Strahlung der gleichen Frequenzcharakteristik wie derjenigen des
Ultrarotstrahlers L ansprechen, nicht aber auf außerhalb dieses Spektralbereiches
liegende Strahlung wie Kunst- oder Sonnenlicht, ist für die Fötowiderstände R, B
keine besondere Lichtabschirmung erforderlich, wie sie bei bekannten Rauchdetektoren
bisher vorgesehen werden mußte. Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist
daher auch in jenen Fällen von Vorteil, in welchen allein eine Rauchüberwachung
.notwendig ist.
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Zum Schluß.sei hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung
an Stelle der gezeigten Gleichstromquelle ebenfalls mit Hilfe einer Wechselstromquelle
betrieben werden kann, indem an Stelle des Verstärkers ein Thyratron verwendet und
ein integrierender Kondensator der Wicklung des, Alarmrelais K parallel geschaltet
wird.
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Für die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 2 wird kein -selbständiger
Schutz begehrt.