DE2029485A1 - Iomation smoke sensor - Google Patents
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Description
8298-70/Sch/hs
Japan-Nr. SHO 44-48669
Filed: June 21, 19698298-70 / Sch / hs
Japan No. SHO 44-48669
Filed: June 21, 1969
Nittan Company, Limited l-ll-6,Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo, Japan Nittan Company, Limited l-ll-6, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo, Japan
IonisationsrauchfühlerIonization smoke sensor
Die Erfindung betrifft einen lonisationsrauchfühler, der sich insbesondere zur rechtzeitigen Auslösung eines Alarms eignet, selbst wenn zwischen einem Elektrodenpaar in einer offenen (The invention relates to an ionization smoke sensor which is particularly suitable for timely triggering of an alarm, even if between a pair of electrodes in an open (
Ionisationskammer, in welche Rauch eindringen kann, ein Isolationswiderstand sich ausgebildet hat.Ionization chamber, into which smoke can penetrate, an insulation resistance has trained.
Der lonisationsrauchfühler enthält im allgemeinen eine geschlossene Ionisationskammer mit einem Paar Elektroden und einer radioaktiven Quelle, ferner eine offene Ionisationskwesr, welche in gleicher Weise ein Paar Elektroden und eine radioaktive Quelle aufweist und in Reihe mit der geschlossenen Ionisationskammer geschaltet ist, ferner einen Transistor zum Feststellen von Impedanzänderungen in der offenen Ionisationskammer, also von Potentialänderungen am Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern, wie sie auftreten, wenn Rauch in die offene Ionisation*- * kammer eindringt, und schließlich ist dem Rauchfühler noch ein Alarmgerät zugeordnet, welches durch das Ausgangssignal des Transistors betätigt wird. ♦ The ionization smoke sensor generally contains a closed ionization chamber with a pair of electrodes and a radioactive source, also an open ionization wire, which has a pair of electrodes and a radioactive source in the same way and is connected in series with the closed ionization chamber, and also a transistor for detecting Changes in impedance in the open ionization chamber, i.e. changes in potential at the connection point of the two ionization chambers, as they occur when smoke penetrates the open ionization * - * chamber, and finally an alarm device is assigned to the smoke sensor, which is activated by the output signal of the transistor. ♦
Wenn bei einem derartigen Ionieationsrauehfühler Rauch in die offene Ionisationskammer eindringt, dann vermindert sich der zwischen dem Elektrodenpaar der offenen Ionisationskammer fliessende Sättigungsstrom, 30 daß sich das Potential am Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern zur Alarmauslösung ändert. Jedoch ändert sich bei längerem Gebrauch des Ionisationsra'S^h- i ftthlers die Isolation zwischen den Elektroden der Ionisationskammern. Dies gilt insbesondere für die ständig der Umgebungen 'luft ausgesetzte Ionisationskammer. Wenn dann Hauch in eine If smoke penetrates into the open ionization chamber with such an ionization roughness sensor, the saturation current flowing between the pair of electrodes of the open ionization chamber decreases, so that the potential at the junction of the two ionization chambers changes to trigger an alarm. However, if the ionization filter is used for a longer period of time, the insulation between the electrodes of the ionization chambers changes. This applies in particular to the ionization chamber, which is constantly exposed to the air. If then a breath in one
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solche offene Ionisationskammer eindringt und den Strom zwischen ihren Elektroden vermindert, so reicht die dabei auftretende Potentialänderung am Verbindungspunkt beider Ionisationskammern nicht mehr aus, um das Alarmgerät zu betätigen.If such an open ionization chamber penetrates and reduces the current between its electrodes, then the one that occurs is sufficient Change in potential at the connection point of the two ionization chambers is no longer sufficient to activate the alarm device.
Bekannte Ionisationerauchfühler sind wegen eines solchen Fehlerverhaltens zum großen Teil gefährlich, weil sie keinen Alarm auslösen, wenn tatsächlich ein Feuer ausgebrochen ist und Rauch in die offene Ionisationskammer hineingelangt ist. Dies ist die Folge davon, daß keinerlei Vorrichtungen zum Feststellen eines Abfallens des Isolationswiderstandes zwischen den Elektroden in der offenen Ionisationskammer vorgesehen sind.Known ionization probes are because of such error behavior mostly dangerous because they do not trigger an alarm if a fire has actually broken out and smoke has entered the open ionization chamber. This is the result of the fact that no devices for detecting a Decrease in the insulation resistance between the electrodes are provided in the open ionization chamber.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung dieses Nachteils bekannter Ionisationsrauchfühler. Insbesondere soll eine Möglichkeit zur Feststellung einer Verschlechterung der Isolation zwischen den Elektroden der offenen Ionisationskammer geschaffen werden, wobei eine entsprechende Warnung ausgelöst wird.The object of the invention is to eliminate this drawback known ionization smoke sensor. In particular, a Possibility to determine a deterioration in the insulation between the electrodes of the open ionization chamber created and a corresponding warning is triggered.
Diese Aufgabe wird bei einem Ionisationsrauchfühler mit einer offenen und einer geschlossenen Ionisationskammer erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die geschlossene Ionisationskammer luftdicht von einem isolierenden Tragteil umgeben ist, welches eine innere Elektrode und eine Zwischenelektrode haltert und in dem eine radioaktive Quelle angeordnet ist, daß die offene Ionisationskammer von der Zwischenelektrode und einer von dera isolierenden Tragteil gehalterten und Ventilationsöffnungen aufweisenden äußeren Elektrode umgeben ist und eine radioaktive"enthält, daß* ferner zwischen der Zwischenelektrode und der äußeren Elektrode eine in Berührung mit eine» Teil der Oberfläche des isö- > lierenden Tragteils stehende, Oberfllchenverimreinigunsen fest- I stellende Elektrode angeordnet iat, die über einen leiter mit der! inneren Elektrode verbunden ist, Potentialänderungen an der ι Zwischenelektrode lassen ®ich mit Hilfe eines Transistors feet- j stellen, dessen Ausgangssignal dann ein Alarmgerlt steuert. jThis task is carried out with an ionization smoke sensor with a open and a closed ionization chamber solved according to the invention in that the closed ionization chamber is airtight is surrounded by an insulating support part which holds an inner electrode and an intermediate electrode and in which a radioactive source is arranged that the open ionization chamber is held by the intermediate electrode and one of the insulating support part and has ventilation openings outer electrode is surrounded and contains a radioactive " that * further between the intermediate electrode and the outer electrode one in contact with a "part of the surface of the isö-> Surface cleaning fixed to the supporting part The electrode is arranged and connected to the! inner electrode is connected, potential changes at the ι The intermediate electrode can be set with the help of a transistor feet-j, the output signal of which is then controlled by an alarm device. j
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich au$ den Ünt@raneprüchen. Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Darstel«Further refinements of the invention result from the Ünt @ raneprüchen. In the following, the invention is based on the illustration «
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lungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:lungs of an embodiment explained in more detail. It shows:
Fig. 1 einen Teilschnitt eines lonisationsrauchfühlers nach einer Ausführungsform der Erfindung;1 shows a partial section of an ionization smoke sensor according to an embodiment of the invention;
Fiß. 2 ein Schaltbild zur Veranschaulichung der elektrischen Schaltung des Rauchfühlers nach Fig. 1; undFiß. 2 is a circuit diagram to illustrate the electrical Circuit of the smoke sensor according to FIG. 1; and
Fig. 3 ein equivalentes Schaltbild der elektrischen Verbindungen zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 1 dargestellten Rauchfühlers.3 shows an equivalent circuit diagram of the electrical connections to explain the operation of the smoke sensor shown in FIG.
Das aus Isoliermaterial hergestellte Tragteil 2 besteht aus einem ' flachen Mittelabschnitt Ί, der von einem gezahnten, die Zwischenelektrode tragenden Teil 6 umgeben ist, und aus einem Umfangeabschnitt 8, der seinerseits den Teil 6 umgibt. Auf dem flachen Abschnitt 1J des Tragteiles 2 ist eine innere Elektrode 10 vorgesehen, und an dem die Zwischenelektrode tragenden Teil 6 ist eine Zwischenelektrode 12 befestigt. Auf den äußeren Abschnitt 8 des isolierenden Tragteils 2 ist, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben, eine becherförmige, äußere Elektrode I1I aufgepaßt, die auch als Deckel dient. Sie hat mehrere Ventilationsöffnungen 16, welche einen freien Durchtritt für Rauch gestatten. Auf der inneren Elektrode 10 ist eine erste radioaktive Quelle 18, und auf einer Oberfläche der Zwischenelektrode 12, welche der äußeren ä Elektrode IU gegenüber liegt, ist eine zweite radioaktive Quelle 20 angeordnet« Auf diese Weise besteht die geschlossene Ionisationskammer 21 aus der inneren Elektroden und der Zwischenelektrode 12, und die offene Ionisationskammer. 22 besteht au» der Zwischenelektrode 12 und der äußeren Elektrode 11. Die in beiden Ionisationskammern angeordneten radioaktiven Quellen dienen der Ionisierung der Luft in den betreffenden Ionisationskammern, damit zwischen den betreffenden Elektrodenpaare lonisationsströme fließen können.The support part 2 made of insulating material consists of a 'flat central section Ί which is surrounded by a toothed part 6 carrying the intermediate electrode, and a peripheral section 8 which in turn surrounds part 6. At the flat portion 1 Y of the support part 2 an inner electrode 10 is provided, and on which the intermediate electrode supporting portion 6 is fixed an intermediate electrode 12th A cup-shaped, outer electrode I 1 I, which also serves as a cover, is fitted onto the outer section 8 of the insulating support part 2, for example with the aid of screws. It has several ventilation openings 16, which allow a free passage for smoke. On the inner electrode 10 is a first radioactive source 18, and on a surface of the intermediate electrode 12, the outer ä electrode IU is located opposite a second radioactive source 20 is located "In this manner, the closed ionization chamber 21 from the inner electrodes, and the intermediate electrode 12, and the open ionization chamber. 22 consists of the intermediate electrode 12 and the outer electrode 11. The radioactive sources arranged in both ionization chambers serve to ionize the air in the relevant ionization chambers so that ionization currents can flow between the relevant electrode pairs.
Der die Zwischenelektrode halternde Teil 6 des Tragteiles 2 hat eine Mehrzahl ringförmiger Nuten zur Ausbildung eines großen Oberflächenkriechwiderstandes, und in der äußersten Nut, welcheThe intermediate electrode holding part 6 of the support part 2 has a plurality of annular grooves for forming a large one Surface creep resistance, and in the outermost groove which
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BAD ORIGINAL,BATH ORIGINAL,
an den Umfangsabschnitt 8 angrenzt, ist eine Elektrode 2k zur Feststellung einer Oberflächenverschmutzung eingepaßt. Auf der Rückfläche des isolierenden Tragteils 2 ist eine gedruckte Schaltungskarte 28 befestigt, auf welcher die Schaltung zur-Feststellung einer Potentialänderung an der Zwischenelektrode 12 beim Eindringen von Rauch in die Ionisationskammer ausgebildet ist.adjacent to the peripheral portion 8, an electrode 2k for detecting surface contamination is fitted. On the rear surface of the insulating support part 2, a printed circuit card 28 is attached, on which the circuit for determining a change in potential at the intermediate electrode 12 when smoke penetrates into the ionization chamber is formed.
Andere in den Zeichnungen dargestellte Bauelemente, die nicht unmittelbarer Beziehung zur hier beschriebenen Erfindung stehen, sind nicht weiter erläutert.Other components shown in the drawings that are not directly Relation to the invention described here are not explained further.
Fig. 2 zeigt die inneren Schaltungsverbindungen eines IonisationsrauchfÜhlers, der gemäß Fig. 1 aufgebaut ist und zwei in Reihe zwischen die Spannungsleitungen kl und k2 geschaltete Ionisationskammern 21 und 22 aufweist. Die beiden Ionisationskammern sind am Punkt 120 miteinander verbunden dargestellt, obwohl dieser Verbindungspunkt bei den in Fig. 1 dargestellten Aufbau durch die Zwischenelektrode 12 selbst gebildet wird. Der Verbindungspunkt 120 ist mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors 30 verbunden, dessen Kollektor unmittelbar an die Leitung 111 und dessen Emitter über einen Widerstand 32 an die Leitung k2 angeschlossen ist. Der Emitter des Feldeffekttransistors 30 ist ferner über eine Zenerdiode 3^ an die Steuerelektrode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 36 angeschlossen, der zwischen die Leitungen kl und k2 geschaltet ist, welche entsprechend an den positiven und negativen Anschluß einer Spannungsquelle 38 geschaltet sind.Fig. 2 shows the internal circuit connections of a IonisationsrauchfÜhlers, the FIG. 1 structure and having two kl in series between the power lines and k2 connected ionization chambers 21 and 22. The two ionization chambers are shown connected to one another at point 120, although this connection point is formed by the intermediate electrode 12 itself in the structure shown in FIG. 1. The connection point 120 is connected to the control electrode of a field effect transistor 30, the collector of which is connected directly to the line 111 and the emitter of which is connected to the line k2 via a resistor 32. The emitter of the field effect transistor 30 is also connected via a Zener diode 3 ^ to the control electrode of a controlled silicon rectifier 36, which is connected between the lines kl and k2 , which are connected to the positive and negative terminals of a voltage source 38, respectively.
Ist die Oberfläche des isolierenden Tragteils 2 des Rauchfühlers nicht verschmutzt und ist der Isolationswiderstand der Oberflächenbereiche des isolierenden Tragteils 2 zwischen der Zwischenelektrode 12 und der die Oberflächenverschmutzung feststellenden Elektrode 2k einerseits und dieser Elektrode 2k und der äußeren Elektrode Ik andererseits genügend groß, dann Hegen die in Fig. 2 dargestellten Verhältnisse echt vor. Gelangt nun Rauch in die offene Ionisationskammer 22 durch die Ventilationeöffnungen 16 der äußeren Elektrode Ik, dann nimmt der Sättigungs-If the surface of the insulating support member 2 does not contaminate the smoke sensor and the insulation resistance of the surface regions of the insulating support member 2 between the intermediate electrode 12 and the fouling detecting forming electrode 2k of a part, and this electrode 2k and the outer electrode Ik other hand, sufficiently high, then Hegen in Fig. 2 shown conditions before. If smoke now gets into the open ionization chamber 22 through the ventilation openings 16 of the outer electrode Ik , the saturation
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strom in der offenen Ionisationskammer 22 ab und das Potential am Verbindungspunkt 120 (also in der Praxis an der Zwischenelektrode 20 selbst) beider Ionisationskammern steigt an. Der zwischen Kollektor und Emitter des Feldeffekttransistors 30 fließende Strom erhöht sich mit diesem Potentialanstieg, und die am Widerstand 32 abfallende Spannung erhöht sich mit dem Anwachsen dieses Stromes. Wenn die Spannung am Widerstand 32 die Zenerspannung der Zenerdiode 31J übersteigt, dann gelangt an die Steuerelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 36 ein Zündsignal, welches den Ge^cÜhrichter 36 zum Leiten bringt, und ein Rauchenstehungssignal wird dem Stromversorgungsgerät 38 zugeführt. Dieses Signal betätigt ein Alarmgerät an der Seite des Stromversorgungsgerätes zur Auslösung eines Alarms.current in the open ionization chamber 22 and the potential at the connection point 120 (i.e. in practice on the intermediate electrode 20 itself) of the two ionization chambers increases. The current flowing between the collector and emitter of the field effect transistor 30 increases with this increase in potential, and the voltage drop across the resistor 32 increases with the increase in this current. When the voltage at resistor 32 exceeds the Zener voltage of Zener diode 3 1 J, an ignition signal is sent to the control electrode of the controlled silicon rectifier 36, which causes the converter 36 to conduct, and a smoke generation signal is fed to the power supply unit 38. This signal activates an alarm device on the side of the power supply unit to trigger an alarm.
Wenn jedoch die Oberfläche, insbesondere die der offenen Ionisationskammer 22 ausgesetzte Oberfläche des isolierenden Tragteils 2 verschmutzt ist, so daß der Oberflächenwiderstand nach längerem Gebrauch herbgesetzt ist, dann tritt der unerwünschte Zustand ein, daß auch bei Eindringen von Rauch in die offene Ionisationskammer kein Alarm ausgelöst wird. Der Grund hierfür sei nun anhand von Fig. 3 erläutert»However, if the surface, especially that of the open ionization chamber 22 exposed surface of the insulating support member 2 is dirty, so that the surface resistance after prolonged use is reduced, then the undesirable condition occurs that even if smoke penetrates into the open Ionization chamber no alarm is triggered. The reason for this will now be explained with reference to FIG.
In Pig, 3 werden die geschlossene und die offene Ionisationskammer 21 bzw. 22 durch equivalente Widerstände 21 bzw. 22 dargestellt. Es sei nun angenommen, daß die Oberfläche des ieo- ■ lierenden Tragteils 2, welche der offenen Ionisationskammer 22 des entsprechend Fig. 1 aufgebauten^ Rauchfühlers ausgesetzt ist, verschmutzt ist. Dann sind die Isolationswiderstände der Oberflächenbereiche zwischen der Zwischenelektrode 12 und der Elektrode 24 einerseits und zwischen der Elektrode 24 und der äusseren Elektrode 14 andererseits stark herbgesetzt. Das wirkt sich darin aus, daß parallel zur Zwischenelektrode 12 und der äußeren Elektrode 14, d.h. also zwischen beiden Elektroden der offenen Ionisationskammer 22, ein relativ kleiner Widerstand parallel geschaltet ist. Dieser Widerstand ist in Flg. 3 als Reihenschaltung zweier Widerstände 50 und 52 veranschaulicht.Pig, 3 shows the closed and open ionization chambers 21 and 22 represented by equivalent resistors 21 and 22, respectively. It is now assumed that the surface of the ieo- ■ lating support part 2, which is exposed to the open ionization chamber 22 of the smoke sensor constructed in accordance with FIG. 1, is dirty. Then the insulation resistances are the surface areas between the intermediate electrode 12 and the electrode 24 on the one hand and between the electrode 24 and the outer one Electrode 14, on the other hand, is greatly reduced. This has the effect that parallel to the intermediate electrode 12 and the outer electrode 14, i.e. between the two electrodes of the open ionization chamber 22, a relatively small resistance is connected in parallel. This resistance is shown in Flg. 3 illustrates a series connection of two resistors 50 and 52.
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Der Widerstand 50 stellt hierbei den Kriechwiderstand zwischen der Zwischenelektrode 12 und der Elektrode 24 dar, während der Widerstand 52 den Kriechwiderstand zwischen der Elektrode 24 und der äußeren Elektrode 14 darstellt. Wenn die eine Oberflächenverschmutzung feststellende Elektrode 24 nicht vorgesehen wäre, dann würde das Potential am Verbindungspunkt 120 der beiden Ionisationskammern, also an der Zwischenelektrode 12, wegen dieser Kriechwiderstände 50 und 52 nicht genügend ansteigen, um den Feldeffekttransistor 30 voll zum Leiten zu bringen, selbst wenn Rauch in die offene Ionisationskammer eindringt und deren inneren Widerstand erhöht. Es würde dann auch im Falle des Auftretens von Rauch in der offenen Ionisationskammer kein Alarm gegeben werden.The resistor 50 here represents the creep resistance between the intermediate electrode 12 and the electrode 24, during the Resistor 52 is the creep resistance between electrode 24 and of the outer electrode 14 represents. If it's a surface pollution Detecting electrode 24 were not provided, then the potential at junction 120 of the two Ionization chambers, that is to say at the intermediate electrode 12, because of these creep resistances 50 and 52 do not rise sufficiently to increase the Bring field effect transistor 30 fully to conduct, even if Smoke penetrates the open ionization chamber and increases its internal resistance. It would then also in case of occurrence no alarm will be given by smoke in the open ionization chamber.
Gemäß der Erfindung ist jedoch die eine Oberflächenverschmutzung feststellende Elektrode 24 vorgesehen, und diese Elektrode ist mit der inneren Elektrode 10, d.h. mit dem Leiter 41, verbunden. Eine Verringerung der Kriechwiderstände 50 und 52 infolge von Oberflachenverechmutzungen des isolierenden Tragteils 2 entspricht dabei einer Verringerung des inneren Widerstandes der geschlossenen Ionisationskammer 21, so daß die der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 30 zugeführte Spannung ebenso stark ansteigt wie im Fall das Rauch in die offene Ionisationskammer eindringt. Auf diese Weise wird der Feldeffekttransistor 30 zum Leiten gebracht und steuert seinerseits den Siliziumgleichrichter 36 an, so daß ein Alarm ausgelöst wird. Der Verschmutzungszustand kann dann sofort behoben werden. Auf diese Weise ist die Zuverlässigkeit der Alarmvorrichtung ganz erheblich verbessert, da eine Isolationsverschlechterung zwischen den Elektroden der offenen Ionisationskammer rechtzeitig festgestellt wird.According to the invention, however, the surface contamination detecting electrode 24 is provided, and this electrode is connected to the internal electrode 10, i.e., to the conductor 41. A reduction in the creep resistances 50 and 52 as a result of Surface contamination of the insulating support part 2 corresponds thereby reducing the internal resistance of the closed ionization chamber 21, so that that of the control electrode of the field effect transistor 30 supplied voltage is also strong increases as in the case of smoke entering the open ionization chamber. In this way, the field effect transistor 30 to Brought conduct and in turn controls the silicon rectifier 36, so that an alarm is triggered. The state of pollution can then be rectified immediately. That way is reliability the alarm device is significantly improved, since there is a deterioration in the insulation between the electrodes of the open ionization chamber is detected in good time.
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