DE2027545A1

DE2027545A1 - Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Temperaturanderung

Info

Publication number: DE2027545A1
Application number: DE19702027545
Authority: DE
Inventors: Gustav 2061 Nienwohld P Reinsch
Original assignee: Preussag AG Feuerschutz
Current assignee: Preussag AG Feuerschutz
Priority date: 1970-06-04
Filing date: 1970-06-04
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1349304A; AT313755B; DE2027545B2; FR2099748A5; BE768048A; ES391503A1

Description

Proußag-AG

Feuerschutz

206 Bad Oldesloe 27. Mai 1970

Industriestr. 10/12 Anwaltsakte 19

Schaltungsanordnung zur Erfassung

einer Temperaturänderung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Temperaturänderung, insbesondere zum Zwecke der Feuermeldung, bei der in mindestens zwei Zweigen einer elektrischen Brückenschaltung, deren eine Diagonale an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, temperaturabhängige Elemente mit unterschiedlichem ZeItansprochverhalten geschaltet sind, die bei einer vorgegebenen zeitlichen Temperaturänderung eine Verstimmung der Brückenschaltung bewirken, die mittels eines Ansprechgliedes in der anderen Brückendiagonalen erfaßt wird.

Zu den wichtigsten Kriterien, die den Beginn oder das Vorhandensein eines Brandes in einem zuübawachenden Raum kennzeichnen, zählt die Wärmeentwicklung, die mit dem Auftreten von Flammen oder Rauchgasen einhergeht.. Die Temperaturänderung in einem Raum ist daher ein Maß für die Entstehung oder das Vorhandensein eines Brandes. Es ist nun allgemein bekannt, durch Temperaturmessung eine Feuerüberwachung vorzunehmen. Grundsätzlich bieten sich hierfür zwei Möglichkeiten an:

a) Messung der Temperatur an einem oder mehreren Raumpunktenj bei Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes erfolgt eine Feuermeldung.

b) Messung des zeltlichen Temperaturgradienten an einem oder mehreren Raumpunkten; bei Überschreiten einer vorgegebenen Ä'riderungsgeschwindigkeit der Temperatur erfolgt eine Feuermeldung.

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Beide Überwachungsmethoden bringen Nachteile mit sich. Bei der Methode der Höchstwertmessung ist die Zeit, die bis zum Erreichen des vorgegebenen Höchstwertes am Meßort verstreicht, abhängig von der Umgebungstemperatur und von der Intensität des Feuers. Dadurch können möglicherweise eine Brandentstehung gar nicht und das Vorhandensein eines Brandes unter Umständen zu spät erfaßt werden. Ferner muß bei diesem Verfahren eine verhältnismäßig hohe Ansprechtemperatur eingestellt werden, um Fehlalarme zu vermeiden. Die Ansprechtemperatur muß auf jeden Fall höher gelegt werden als eine irgendwann einmal auftretende Raumtemperatur, die noch nicht die Folge eines Feuers ist.

^ Diese Nachteile treten bei dem Verfahren der Messung des zeitlichen Temperaturanstiegs nicht auf. Dennoch besitzt auch dieses Verfahren einen schwerwiegenden Nachteil. Wenn die Feuerentwicklung so langsam vonstatten geht, daß der hervorgerufene zeitliche Temperaturanstieg unterhalb des vorgegebenen Wertes bleibt, erfolgt in diesem Fall überhaupt keine Feuermeldung.

Die meisten, die Temperatur erfassenden Feuermelder arbeiten nach dem einen oder dem anderen Verfahren. So ist z.B. ein Feuermelder bekannt, bei dem die Eigenschaft eines temperaturabhängigen Widerstands ausgenutzt wird. Über- oder unterschreitet die an dem Widerstand abfallende Spannung einen * vorgegebenen Wert, so erfolgt über ein Auslösglied eine Alarmauslösung.

Bei einem anderen Feuerdetektor sind zwei temperaturabhängige Widerstände mit unterschiedlichem zeitlichen Temperaturverhalten in die Zweige einer elektrischen Brückenschaltung geschaltet. Die Verstimmung der Brücke und damit das in einem in der Diagonalen der Brücke liegenden Meldeglied anstehende Potential ist abhängig von der zeitlichen Änderung der Temperatur am Ort der Widerstände.

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Die bisher aufgeführten bekannten Feuermelder arbeiten nach einem der beiden vorhergenannten Verfahren. Es ist jedoch auch eine Schaltungsanordnung bekannt geworden, mit der sowohl eine Höchsttemperatur als auch eine zeitliche Temperaturänderung gemessen werden kann. Hierzu werden ein temperaturabhängiger Widerstand, ein hochwertiger Kondensator und eine hochwertige Diode verwendet. Hochwertig bedeutet für den Kondensator ein genau definierter Leckstrom und für die Diode eine für einen bestimmten Kennwert ausgesuchte Diode bezüglich der Abhängigkeit von einer ■Temperaturänderung mit einer Maximaltemperatur. Neben dem hohen Aufwand für die hochwertigen Bauteile ist nachteilig, daß sich die Wirksamkeit dieses Feuermelders durch natürliche Alterung verschlechtert. Dies gilt vor allem für den Kondensator. Daneben ist ferner von Nachteil, daß eine Speisespannung von verhältnismäßig großer Konstanz vorhanden sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Temperaturänderung zu schaffen, die sowohl nach dem Verfahren der Höchstwertmessung als auch nach dem der Messung der zeitlichen Temperaturänderung arbeitet und die jedoch einen geringen Bauaufwand erfordert.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an eine Spannungsquelle angeschlossener temperaturabhängiger Spannungsteiler vorgesehen ist, dessen Abgriff an einem Punkt der Brückenschaltung so angeschlossen ist, daß bei Auftreten einer vorgegebenen absoluten Temperaturänderung das dieserÄnderung entsprechende Potential am Abgriff auf den Punkt der Brückenschaltung geschaltet wird.

Zweckmäßigerweise werden als temperaturabhängige Elemente

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BAD

temperaturabhängige Widerstände verwendet. Das unterschiedliche zeitliche Ansprechverhalten kann z.B. dadurch erreüht werden, daß ein temperaturabhängiger Widerstand mit einem wärmedämmenden Material umgeben wird.

Der temperaturabhängige Spannungsteiler ist vorzugsweise eine Reihenschaltung aus einem temperaturabhangigen Widerstand und ein Pestwertwiderstand, wobei ein Punkt der Verbindung zwischen diesen beiden Elementen über eine Diode an einen Punkt der Brückenschaltung angeschlossen ist. Erst wenn das Potential an diesem Verbindungspunkt einen vorgegebenen Wert überschreitet, erfolgt eine Beeinflussung des Gleichgewichts der Brückenschaltung, so daß auf diesem Wege die Höchstwertmessung durchgeführt werden kann. Der nicht mit einem wärmedämmenden Material umgebene temperaturabhängige Widerstand der Brückenschaltung und der temperaturabhängige Widerstand des Spannungsteilers sind zweckmäßiger Weise so angeordnet, daß sie im gleichen Maße Temperaturänderungen ausgesetzt sind.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, die sieh vor allem zum Zwecke der Feuermeldung eignet, die jedoch auch zur Erfassung einer negativen Temperaturänderung herangezogen werden kann, weist mehrere Vorteile auf. Für die Schaltungsanordnung können alterungsunabhängige Bauteile, z.B. Widerstände, verwendet werden. Eine Stabilisierung der Speisespannung ist nicht erforderlich. Der Betrieb einer derartigen Schaltungsanordnung ist äußerst zuverlässig, auch bei Einsatz in Räumen mit aggresiver Atmosphäre, wie sie in bestimmten Industriezweigen auftritt. Außerdem ist .der für eine derartige Schaltungsanordnung erforderliche Aufwand denkbar gering. Schließlich ist bei Verwendung eines Silizium-Thyristor als Ansprechglied in einer. Brückendiagonalen ein Einsatz bei verhältnismäßig hohen Temperaturen möglich, d.h. bis zu 250⁰C.

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Nachfolgend sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden,

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Verstärker als Ansprechglied.

Pig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Thyristor als Ansprechglied.

Pig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Thyristor als Ansprechglied und mit temperaturabhängigen Widerständen mit positiven Temperaturkoeffizienten.

Fig. 4 zeigt den räumlichen Aufbau der Schaltungsanordnung nach den Fign. 1 - J.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist eine Brückenschaltung auf, die zwei temperaturabhängige Widerstände Rl, R2 mit negativem Temperaturkoeffizienten und zwei Festwertwiderstände ΊΟ, R²I- in ihren Zweigen enthält. Die Widerstände sind so dimensioniert, daß sie durch den durch sie fließenden Strom nicht aufgeheizt werden. In der einen Brückendiagonalen sind die Eingänge eines Verstärkers V geschaltet. An die andere Brückenschaltung ist eine nicht näher bezeichnete Spannungsquelle angeschlossen. An die Spannungsquelle ist ferner ein Spannungsteiler angeschlossen, der aus einer aus einem temperaturabhängigen Widerstand R5 und einem Pestwertwiderstand Ro bestehenden Reihenschaltung zusammengesetzt ist. Ein zwischen den festen Widerständen R3, R 4 liegender Punkt B und ein zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand R5 und dem festen Widerstand R6 des Spannungsteilers liegender Punkt A sind über eine Diode D miteinander verbunden. Die Diode D sperrt einen Strom von Punkt B nach Punkt A. Eine der beiden tomperaturabhängigen Widerstände Rl oder R2 der Brückenschaltung ist von einem wärmedämmenden Material umgeben.

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Bei einer Temperaturänderung am Ort der Schaltungsanordnung folgt einer der beiden temperaturabhängigen Widerstände Rl oder R2 dieser Änderung gegen die wärmeisolierende Umhüllung nur zögernd. Die daraus resultierende Verstimmung der Brückehschaltung ist ein Maß für den zeitlichen Temperaturanstieg, der mittels des Verstärkers V erfaßt wird. Der Verstärker kann im übrigen als herkömmlich aufgebaute Schaltung oder auch als integrierter Baustein vorgesehen sein. Überschreitet der gemessene Temperaturanstieg einen vorgegebenen Wert, dann erfolgt eine Alarmauslösung.

Mit einer Temperaturänderung am Ort der Schaltungsanordnung ändert sieh auch der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes R5·. Damit ändert sich auch das Potential am Punkt A. Bei einer langsam vor sich gehenden Temperaturänderung tritt in der Diagonalen, in der der Verstärker V liegt, möglicherweise nur eine geringe oder überhaupt keine Potential differenz auf. Übersteigt nun das Potential am Punkt A das Potential am Punkt B der Brückenschaltung, zuzüglich der Durchlass-Spannung an der Diode D, dann erfolgt vom Spannungsteiler her eine Verstimmung der Brückenschaltung, die wiederum über den Verstärker V zu einer Alarmgabe führt.

Durch die Wahl der Widerstände R3, R²I- und r6 können die Schwellwerte für den zeitlichen Temperaturanstieg und die Maximaltemperatur beliebig festgelegt werden.

Durch entsprechende Wahl der Bauelemente kann die Stromaufnahme der Schaltungsanordnung so klein gehalten werden, daß ihr Einsatz in explosionsgefährdeten Räumen möglich ist. Auch werden keine Induktivitäten oder Kapazitäten verwendet, die bei einem möglicherweise auftretenden Kurzschluß einen Zündfunken hervorrufen könnten.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist im wesentlich genau so aufgebaut wie die nach Fig. 1. An die Stelle des Verstärkers

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tritt hier ein Thyristor Th, dessen Zündelektrode und dessen ein Pol in der einen Brückendiagonalen liegen. Erreicht die
Verstimmung der Brückenschaltung in der Diagonalen die Zündspannung für den Thyristor, dann wird dieser durchgeschaltet. Die in dem mit dem Thyristor in Reihe geschalteten Widerstand ' R 7 erfolgende Stromerhöhung kann zur Alarmgebung ausgenutzt werden.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind lediglich andere temperaturabhängige Widerstände verwendet, nämlich Silizium-Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten. Der Vorteil dieser Schaltung liegt in der höheren -maximal zulässigen Umgebungstemperatur für die Bauelemente. Hierdurch läßt sich
eine Schaltungsanordnung erstellen, die noch bei einer Umgebungstemperatur von 25o°C funktionsfähig ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 sind die Festwiderstände Rj5,
R4, r6 auf einer Platine angeordnet, auf der auch ein temperaturabhängiger Widerstand Rl angeordnet ist, der von einem
wärmedämmenden Material umgeben ist. Die Platine ist von einem halbkugelförmigen Wärmekollektor W umgeben, der mit der Platine luftdicht verbunden ist, so daß das innere des Wärmekollektors weitgehend gegen die äußere Atmosphäre abgeschirmt ist. Die temperaturabhängigen Widerstände R2 der Brückenschaltung und R5 des Spannungsteilers sind im Gipfel des Wärmekollektors W angeordnet, so daß sie einer Änderung der Umgebungstemperatur nahezu verzögerungsfrei folgen können. Der dritte temperaturabhängige Widerstand Rl, der wärmeisoliert ist, sitzt im Mittelpunkt der Kuppel auf der Platine. An Klemmen Kl und K2 sind Versorgungsleitungen angeschlossen.

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Claims

Preußag AG

Feuerschutz

Bad Oldesloe 27. Mai 1970

Industriestr. IQ/12 Anwaltsakte I9

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Temperaturänderung, insbesondere zum Zwecke der Feuermeldung, bei der in mindestens zwei Zweigen einer elektrischen Brückenschaltung, deren eine Diagonale an einer Spannungsquelle liegt, tem-• peraturabhängige Elemente mityrinterschiedlichem Zeitanspreeh-' verhalten geschaltet sind, die bei einer vorgegebenen zeitlichen Temperaturänderung eine Verstimmung der Brückenschaltung bewirken, die mittels eines Ansprechgliedes in der anderen Brückendiagonalen erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein an eine Spannungsquelle angeschlossener temperaturabhängiger Spannungsteiler (R5, B.6) vorgesehen ist, dessen Abgriff (A) an einem Punkt (B) der Brückenschaltung so angeschlossen ist, daß bei Auftreten einer vorgegebenen absoluten Temperaturänderung das dieser Änderung entsprechende Potential am Abgriff (A) auf den Punkt (B)' der BrUckenschaltung geschaltet wird.

k 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Elemente temperaturabhängige Widerstände (Rl, R2, R5) sind.

j5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (Rl, R2, R5) einen negativen Temperaturkoeffizienten haben.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei Zweigen der Brückenschaltung je ein temperaturabhängiges Element (Rl, R2) geschaltet ist, von denen das eine

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von einem wärmedämmenden Material umgeben ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis- 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler parallel zu der an der Spannungsquelle liegenden Brückendiagonalen geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler eine Reihenschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand (R5) und einem Pestwiderstand (r6) ist, wobei ein zwischen den Widerständen liegender Punkt (A) über eine den Strom zu diesem Punkt sperrende Diode (D) an die Brückenschaltung angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansprechglied ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen zwei Eingänge in der Brückendiagonalen liegen.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansprechglied ein Thyristor (Th)vorgesehen ist, von dem ein Pol und die Zündelektrode in der Brückendiagonalen liegen.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängige Widerstände Silizium-Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,< dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Schaltelemente von einer luftundurchlässigen, gut wärmeleitenden Umhüllung (W) umgeben sind, und daß eines der temperaturabhängigen Elemente (Rl) der Brückenschaltung mit einem wärmedämmenden Material umgeben ist. /

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11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Schaltelemente auf einer Platine angeordnet sind, die von einer luftundurchlässigen, gut wärmeleitenden Kuppel (W) überdeckt ist, daß ein temperaturabhängiges Element (R2) der Brückenschaltung und ein temperaturabhängiges Element des Spannungsteilers (R5) im oberen Bereich in der Nähe der Kuppelwand angeordnet sind, und daß das vom wärmedämmenden Materialumgebene Element (Rl) etwa in der Kuppelmitte auf der Platine angeordnet ist.

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