DE19942766B4

DE19942766B4 - Vorrichtung mit an eine Auswerteeinrichtung angeschlossenem Detektor

Info

Publication number: DE19942766B4
Application number: DE19942766A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Sommer
Original assignee: Hekatron Technik GmbH
Current assignee: Hekatron Technik GmbH
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: DE19942766A1

Abstract

Brandmelder, der einen optischen Rauchdetektor zur Erzeugung eines Streulicht- oder Extinktionssignals mittels einer Lichtquelle und einem Empfänger sowie einen Temperatursensor aus mindestens einem temperaturabhängigen Widerstand aufweist, wobei der temperaturabhängige Widerstand aus einer die Messkammer umgebenden perforierten Wandung besteht, die so dimensioniert ist, dass die Temperatur des in die Messkammer eintretenden Mediums erfasst werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder, der einen optischen Rauchdetektor zur Erzeugung eines Streulicht- oder Extinktionssignals mittels einer Lichtquelle und einem Empfänger aufweist.

Brandmelder sind bereits in zahlreichen Ausführungen bekannt, wobei die in diesen vorbekannten Brandmeldern verwendeten Rauchmelder teils nach verschiedenen Messprinzipien arbeiten. Während beispielsweise in der DE 43 33 911 C2 ein Brandmelder vorbeschrieben ist, dessen optischer Rauchmelder Streulichtdetektoren zur Raucherkennung hat, ist in der US 5 917 417 A ein Rauch-Ansaugsystem offenbart, das neben Streulichtdetektoren zur Raucherkennung auch Temperatursensoren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit aufweist.

Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit ist aus der DE 198 34 250 A1 auch ein Thermoanemometer bekannt, dessen Sonde von einer zylinderförmigen perforierten Wandung zur Turbulenzdämpfung umgeben ist.

Aus der DE 30 24 417 C2 ist bereits ein Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik eines Fluids und insbesondere einer Grundwasserströmung bekannt. In der DE 30 24 417 C2 ist dazu eine Wärmequelle vorgesehen, die das Fluid erwärmt, sowie Messstellen mit definiertem Abstand zur Wärmequelle, wobei die Wärmequelle ein Wärmefeld erzeugt, das von dem strömenden Fluid entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung beeinflusst wird. Das permeable Medium, in welchem die Temperatursensoren eingebettet sind, dient lediglich dazu, Verzerrungen des Wärmefeldes durch das im Boden befindliche Grundwasser zu vermeiden.

In der DE 86 34 310 U1 ist ein Anemometer beschrieben, das aus in Dreiecksform angeordneten Hitzdrahtsonden besteht, deren elektrische Leistung im thermischem Gleichgewicht der abgegebenen Wärme entspricht und ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit darstellt. Mittels geeigneter Kalibrierung und Auswertung kann der Betrag und die Richtung der Strömung ermittelt werden.

Aus der DE 30 35 769 A1 kennt man bereits auch eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, die einen oder mehrere temperaturabhängige elektrische Widerstände hat, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, von denen einer oder mehrere mit Hilfe einer Regelschaltung derart beheizt werden können, dass ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit erhalten wird, wobei eine oder mehrere Schmalseiten der beheizten elektrischen Widerstände mit einer Schutzschicht bedeckt sind, die eine stabile Eichcharakteristik und eine möglichst hohe Ansprechgeschwindigkeit gewährleisten soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brandmelder zu schaffen, der mit geringem Aufwand herstellbar ist und sich durch ein schnelles Ansprechen seiner Sensoren auszeichnet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 1; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungsgemäß sind in einer, von einer perforierten Wandung umgebenen Messkammer wenigstens ein optischer Sensor sowie ein Empfänger vorgesehen; die als ein, an die Auswerteeinheit angeschlossener Detektor dienende perforierte Wandung bildet als Begrenzung der Messkammer gleichzeitig einen Messfühler. Es entsteht so eine Kontrollvorrichtung einfachen Aufbaus, der kostengünstig herstellbar und zu betreiben ist; nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird die perforierte Wandung von einer Folie mit Maschen oder Ausstanzungen gebildet, mit einer Foliendicke unter 100 μm, bevorzugt unter 50 μm.

Dazu hat es sich als günstig erwiesen, dass die perforierte Wandung beziehungsweise die dünne Folie einen Werkstoff mit temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist. Sie besteht aus Metall oder ist mit Metall eines temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes beschichtet, um ein schnelles Ansprechen dieses Sensors zu gewährleisten. Jedoch ist es auch möglich, diese Wandung aus sich kreuzenden – metallischen oder metallisch beschichteten – Fäden zu erzeugen, die ein Netz bilden.

So entsteht ein Messkammerwandung mit Gitterstruktur, die das Durchströmen des zu detektierenden Mediums, beispielsweise eines Gases oder Aerosols, erlaubt und, wie gesagt, den Sensor bildet. Letzterer wird von dem Strömungsmittel durchspült und kann dessen Strömungseigenschaften – also auch die Temperatur eines Rauches beziehungsweise Gases – schon bei Eintritt in die Messkammer, feststellen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die perforierte Wandung entweder insgesamt aus dem erwähnten metallischen Werkstoff zu formen oder letzteren auf einen Trägerwerkstoff aufzudampfen oder in anderer Weise als Deckschicht aufzutragen. Als Metall eignen sich für diese Sekundärelemente vor allem Werkstoffe aus Elementen der Periode 4 und/oder der Gruppe 8 des Periodensystems, beispielsweise Platin, Titan, Chrom und/oder Nickel in Verbindung mit Eisen. Günstig ist eine Ni/Fe-Legierung mit weniger als 50 % Fe.

Im Falle des Einsatzes eines Trägerwerkstoffes kann dieser ein Kunststoff sein oder ein Halbleitermaterial wie Silizium. Wird die Beschichtung auf eine perforierte Trägerfolie aufgetragen, bietet der so entstehende Sensor eine nur geringe Wärmekapazität an, dank dessen Temperaturveränderungen rasch und i. w. verzögerungsfrei gemessen zu werden vermögen.

Erfindungsgemäß kann die perforierte Wandung kalottenartig geformt sein in der Art eines handelsüblichen Lampenglases, bevorzugt wird eine ringförmige Ausgestaltung. In beiden Fällen wird innerhalb perforierter Wandung wenigstens eine Leuchtdiode als Sensor oder ein Wärmestrahler angeordnet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung bietet wenigstens zwei thermisch gegeneinander isolierte Teilbereiche der perforierten Wandung an, die jeweils einen mit der Auswerteeinheit verbundenen Sensor bilden. Die gegeneinander isolierten Wandungsbereiche können als Wandungssegmente bzw. in Umfangsrichtung zueinander versetzte Wandbereiche gestaltet werden. Ein Vergleich der Messsignale, die durch die unterschiedlichen – durch jeweils einen Wandungsbereich gebildeten – Sensoren ermittelt werden, gestatten eine gezielte Bestimmung der Strömungsrichtung der Gase od. dgl. Strömungsmittel. Insbesondere ist daher der Detektor im Rahmen der Erfindung auch als Temperaturermittler zu verstehen.

Die oben erörterten Teilbereiche der perforierten Wandung sind jeweils beidends durch einen Anschlusskontakt begrenzt, der quer zur Oberkante der Wandung verläuft, also im Falle einer Ringwandung etwa parallel zur Ringachse.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird die jene Messkammer umfangende perforierte Wandung einer elektrischen Leiterplatte zugeordnet sowie über die elektrischen Anschlusskontakte mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden, d. h. die Wandung kann entsprechend einem elektronischen Bauelement kostengünstig an die Leiterbahnen angelötet werden.

Als günstig hat es sich erwiesen, die Wandung bzw. jeden ihrer Teilbereiche durch eine Messbrücke mit der Auswerteeinrichtung zu verbinden, gegebenenfalls einen Multiplexer zwischenzuschalten.

Schließlich dient es dem Schutz der Messkammer gegen elektromagnetische Störungen, die aus dem Werkstoff mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand bestehende Wandung mit einem Masseanschluss der Auswerteeinrichtung elektrisch leitend zu verbinden.

Generell ist die Wandung so ausgebildet, dass ihr – temperaturabhänig veränderlicher – Widerstand bei Raumtemperatur einen Absolutwert aufweist, der mittels üblicher elektronischer Schaltungskomponenten, etwa einem Widerstandsnetzwert, einer Analog-Digital-Wandlereinheit oder einer Verstärkereinheit, der elektronischen Auswertung auf temperaturbedingte Änderungen zugänglich ist. Typische Widerstandswerte zwischen den Anschlusskontakten der Wandung liegen im Bereich < 10 Ohm.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
1: einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Detektieren von Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen samt Auswerteeinrichtung;
2: eine Schrägsicht auf einen als Strömungssensor dienenden perforierten Folienstreifen für eine Messkammer der Vorrichtung der 1 mit drei zugeordneten Mustern für die Perforationsstruktur;
3 bis 5: weitere Ausführungsbeispiele zum Gegenstand der 2;
6: ein Schaltbild zu der dem perforierten Folienstreifen nachgeordneten Auswerteeinrichtung.
Eine Vorrichtung 10 zum Detektieren der Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit von Gasen – insbesondere von Aerosolen bzw. Rauch – weist ein schüsselartiges Befestigungsgehäuse 12 mit sich zu einer Messkammer 16 hin konisch verjüngendem Sockelteil 14 auf. In der Messkammer 16 ist gegenüber einer Leuchtdiode 18 mit Empfangsdiode als optischer Sensor ein optischer Empfänger 20 angeordnet. Sowohl der optische Sensor 18 als auch der Empfänger 20 sind an eine im Befestigungsgehäuse 12 vorgesehene Leiterplatte 22 mit entsprechend eingerichteter Auswerteelektronik angeschlossen. Diese Vorrichtung 10 kann in einem zu überwa chenden Raum beispielsweise im Deckenbereich festgelegt werden.
Eine von der Leuchtdiode 18 ausgehende Strahlung wird auf in der Messkammer 16 vagabundierende Aerosole gestreut und trifft auf den Empfänger 20, der außerhalb der von der Leuchtdiode 18 direkt ausgesandten Strahlung angeordnet ist. Der Empfänger 20 ist – wie gesagt – ebenso wie die Leuchtdiode 18 mit der Leiterplatte 22 zur Auswertung verbunden.
Die Messkammer 16 ist von einem Streifen 24 aus einer perforierten Metallfolie umgeben, welche zum einen das Eindringen von Ungeziefer und Staub hintanhält sowie zum anderen als elektrischer Sensor für die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. weiterer Strömungsparameter bzw. der Temperatur gestaltet ist. Die Metallfolie dieses Streifens 24 ist aus einer Legierung mit Metallen der Gruppe 8 des Periodensystems hergestellt und besteht bevorzugt aus einer Ni/Fe-Legierung mit gegenüber dem Eisen etwas erhöhtem Nickelanteil; die Foliendicke a der durch Ausstanzungen gitterähnlich ausgebildeten Metallfolie liegt unter 100 μm, insbesondere bei etwa 50 μm. Diese Gitterfolie 24 ermöglicht es, den Vorgang des Aufspürens der vagabundierenden Aerosole durch die Ermittlung der Brandkenngrößen von Strömungsgeschwindigkeit bzw. -richtung und Temperatur zu ergänzen.
Die Gitterfolie 24 in 2 ist an ihrer zur Leiterplatte 22 gerichteten Oberkante 26 mit einem Paar von Anschlusskontakten 28 versehen, welchen – nicht dargestellten – Leiterbahnen der Leiterplatte 22 zugeordnet sind und die den Kontakt mit der Gitterfolie 24 herstellen. Die Anschlusskontakte 28 werden in – in der Zeichnung ebenfalls nicht erkennbare – Bohrungen der Leiterplatte 22 eingesetzt und mit deren Leiterbahnen verlötet; nach diesem Vorgang ist die Leiterplatte 22 mit der ringförmigen Gitterfolie 24 zu einer Einheit verbunden.
Der Ausführungsform des Sensorgitters oder der Gitterfolie 24 nach 2 sind drei unterschiedliche Perforationsstrukturen 30, 30_a , 30_b zugeordnet, welche sich i. w. durch Form und Weite der Perforationen unterscheiden. Das in 2 obere Muster der Perforationsstruktur 30 besteht aus rautenförmigen Maschen 32, die in der Mitte dargestellte Perforationsstruktur 30_a aus wabenförmig seckseckigen Maschen 32_a ; diese Maschen 32, 32_a sind durch filigrane, drahtartige Folienfäden 34 begrenzt. Die untere Perforationsstruktur 30_b enthält wabenförmige Ausstanzungen 36 einer beispielsweisen Weite b von 0,5 mm, die von Folienstegen 38 einer jener Weite b etwa entsprechenden Stegbreite e begrenzt sind. Es ist auch denkbar, die Perforationsstrukturen 30, 30_a aus einem Metallgitter zu fertigen, statt jener Folienfäden also Drähte 34 aus Metall oder aus metallbeschichtetem Kunststoff eines Durchmessers unter 100 μm einzusetzen.
Die Ausgestaltung der Gitterfolie bzw. des Sensorgitters 24_a in 3 enthält vier an seinem Umfang gleichmäßig verteilte Anschlusskontakte 28, die vier gegeneinander thermisch abgegrenzte Teilbereiche 40 bestimmen. Von denen ist der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nur einer mit seiner Bogenlänge i gekennzeichnet.
In 4 ist im Zentrum des Sensorgitters 24_a ein Wärmestrahler 42 an zwei Anschlussstäben 44 angedeutet.
Die Ausgestaltung des Sensorgitters 25 in 5 ist kalottenförmig mit zwei von dessen – etwa den Äquator bildenden – Oberkante 26 aufragenden Anschlusskontakten 28.
Zur Branderkennung ist jedem Teilbereich 40 des Sensorgitters 24, 24_a , 25 in der in 6 skizzierten Auswerteeinrichtung 46 eine – ohmsche Widerstände enthaltende – Messbrücke 48 zugeordnet; diese Messbrücken 48 sind jeweils mit einem die Brückenspannung verstärkenden Messverstärker versehen und über einen Multiplexer 50 an einen μ-Controller 52 angeschlossen.
Ein am Ausgang des Messverstärkers anliegendes Messsignal wird einem – ebenfalls nicht dargestellten – Komparator zugeleitet, der beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes ein Erkennungssignal erzeugt, das mit einem entsprechenden – durch Auswertung des Streulicht- oder Extingtionssignales des Empfängers 20, 20a erhaltenen – zweiten Erkennungssignal logisch zu einem Alarmsignal verknüpft wird. Letzteres aktiviert eine optische Anzeige und/oder einen akustischen Signalgeber der Vorrichtung 10.

Claims

Brandmelder, der einen optischen Rauchdetektor zur Erzeugung eines Streulicht- oder Extinktionssignals mittels einer Lichtquelle und einem Empfänger sowie einen Temperatursensor aus mindestens einem temperaturabhängigen Widerstand aufweist, wobei der temperaturabhängige Widerstand aus einer die Messkammer umgebenden perforierten Wandung besteht, die so dimensioniert ist, dass die Temperatur des in die Messkammer eintretenden Mediums erfasst werden kann.
Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Wandung aus mindestens zwei untereinander isolierten Sektoren besteht, die je einen Wärmesensor bilden.
Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untereinander isolierten Sektoren zusammen mit einem Wärmestrahler einen thermischen Strömungsdetektor bilden, wobei die Sektoren so dimensioniert sind, dass die Strömungsrichtung und -geschwindigkeit durch einen Vergleich der Messignale der unterschiedlichen Sensoren ermittelt werden kann.
Brandmelder nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet dass die perforierte Wandung (24; 24a, 25) von einer Folie gebildet ist, welche Maschen (32, 32a) oder Ausstanzungen (36) aufweist.
Brandmelder nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Foliendicke (a) unter 100 μm, insbesondere unter 50 μm.
Brandmelder nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Wandung (24, 24a, 25) von sich kreuzenden Fäden (34) gebildet ist, welche Maschen (32, 32a) begrenzen.
Brandmelder nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite der Maschen (32, 32a) oder Ausstanzungen (36) etwa 0,5 mm beträgt.
Brandmelder nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Fadendurchmesser unter 100 μm.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Wandung (24, 24a, 25) aus einem metallischen Werkstoff besteht oder mit einem metallischen Werkstoff beschichtet ist.
Brandmelder nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet; dass ein Trägermaterial mit dem metallischen Werkstoff bedampft oder gesputtert ist.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch wenigstens einen metallischen Werkstoff der Periode 4 und/oder der Gruppe 8 des Periodensystems.
Brandmelder nach Anspruch 9 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Platin, Titan und/oder Nickel sowie Eisen enthält.
Brandmelder nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Ni/Fe-Legierung mit weniger als 50% Fe.
Brandmelder nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Ni/Fe-Legierung mit etwa 52% Ni.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine kalottenartig ausgebildete perforierte Wandung.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine ringförmige perforierte Wandung (24, 24a).
Brandmelder nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die die Messkammer (16) umgebende Wandung (24, 24a, 25) einer elektrischen Leiterplatte (22) zugeordnet sowie mit Leiterbahnen der Leiterplatte über die Anschlusskontakte (28) verbunden ist.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (24, 24a, 25) bzw. jeder ihrer Teilbereiche (40) durch eine Messbrücke (48) mit der Auswerteeinrichtung (22, 46) verbunden ist.
Brandmelder nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Zwischenschaltung eines Multiplexers (50).
Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Werkstoff mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand bestehende Wandung (24, 24a, 25) mit einem Masseanschluss der Auswerteeinrichtung elektrisch leitend verbunden ist als Schutz der Messkammer gegen elektromagnetische Störungen.