DE2029752A1 - Iomsations Rauchmelder - Google Patents

Description

8226-70 Dr.v.B/Bü

JA-PA 44-46886; 44-46887

16. Juni 1969

Kittan Company Limited, 1-11-6 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo, Japan

Jonisations-Bauchmelder

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Jonisations-Bauchmelder mit einer geschlossenen Jonisationskammer und einer offenen Jonisationskammer, die in Reihe geschaltet sind und jeweils zwei Elektroden sowie eine radioaktive Strahlungsquelle enthalten, und mit einem Feldeffekttransistor^ dessen Quellenelektroden-Abflußelektroden-Strecke an eine Betriebsspannungsquelle und dessen Steuerelektrode an die Verbindung der beiden Jonisationskammern angeschlossen ist»

Bei Feldeffekttransistoren, insbesondere Sperrschicht-leid«» effekttransistören, neigt der Steuerelektrodenleckstrom I dazu, steil abzufallen, wenn der Ab£ lußstrom unter einen vorgegebenen Wert I^ absinkt, und steil anzusteigen^ wenn die Spannung zwischen Quelle und Abfluß über einen bestimmten, festen Wert V_Qil ansteigt. Bei den Bekannten Jonisations-Hauchmeldern, die einen solchen Feldeffekttransistor enthalten, ergibt sich daraus der Nachteil, daß Fehlanzeigen auftreten, wenn der AbfLußstrom oder die Spannung zwischen Quelle und Abfluß während des Betriebes d4e erwähnten Werte I^ bzw, 7_ail übersteigen.

—2·»

009882/1494

ORiGlN INSPECTED

Der vorliegenden Erfiaetasg litgt «leseatsproehend di© -Aufgabe zugrunde j einen J©iais©"fei©ai3=Haiie]3Mela©2^> aaau~ geben, bei dem der Sienei-olelsteQ^iale^kste©« d©s 3?©ld« effekttransistora wäteea€ d©s I@ts?i©l9es so kleia wie möglich, gehalten wir
vermieden werden®

Diese Aufgabe wird goiaäß &®^ Bipfiaäiaiig bei Rauchmelder der eiagasg© aag©g@T3iQii@m Jkst daß der

hält, die den Steu©i?©l©ktE@d©sl@©ksfe@Ei wilreni d©i tr-iebes des Hamshm©ld©3?e

Sie Irfintiamg wird la f@lg©M@a ankamt f@ia beispielen In Terbiadraüig aife cIqe ^©!©laimg aäfe,©r erläutert es aeigens

figur 1 ©ia SeMItMIcL ©ia@ss ©e-süjg® Aiisflig ©inen Jonisatioas^lamefcs-Iol®^®- g©BÜS d@r

Jlgur- 2 ©la Biag^asni^ asf fia© 312s¹ Brlaiatermng äe weis© &Q.B dToaiiiaiaioasolaiseSieeMsrs gemäß Figur

Figm? 3 ein SelaaltMld ©lass susifeoia eines Jonisati@as=>Hauele©Iä©i?s gasiß d©r und

Figur 4- ein Diagp?aEäH₉ mit das) gis? Esilaisfes^img ä@r weise d©s J©nisaM©as=lgi'cS.@M3i©id@Ps gsniß figur Besieg g©noHii©a wi2?d_o ■

Der in Jfigur 1 seliematiseli darg@st©llt© JoaisaMoas-Haueli meider enthält ©ine g@seiil©ssea© Joaisa'feiöJaskaiMer in der sich ein© radioaktive SfesMiaagscraelle 21 befindet

und eine offene ionisationskammer 4, die eine radioaktive Strahlungsquelle 41 enthält und für Rauch aus einem zu überwachenden Raum zugänglich ist· Die Jonisationskammern 2 und 4 weisen Jeweils zwei Elektroden 23, 25 bzw· 43, auf und sind in Beine zwischen zwei Klemmen 6, 8 einer nicht dargestellten Spannungsquelle geschaltet. Die Verbindung 10 der Jonisationskammern ist mit der Steuerelektrode 14 eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors verbunden. Der Feldeffekttransistor 12 1st mit seiner Abflußelektrode 16 direkt an die positive Klemme 6 angeschlossen, während die Quellenelektrode 18 über Widerstände 20 und 22 sowie eine Zenerdiode 24 mit der negativen Klemme 8 der Spannungsquelle verbunden ist. Der Verbindungspunkt 26 der im Quellenkreis des Feldeffekttransistors 12 liegenden Widerstände 20 und 22 ist über eine Zenerdiode 28 mit der Steuerelektrode 22 eines Tyristors 30 verbunden. Die Steuerelektrode 32 des Tyristors 30 ist außerdem über einen Widerstand 34 an die negative Klemme 8 der Spannungsquelle angeschlossen· Die Anode 36 des Tyristors 30 ist mit der positiven Klemme 6 und die Kathode 38 ist mit der negativen Klemme 8 der Spannungsquelle verbunden.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise des vorliegenden Jonisations-Rauchmelders soll zuerst die in den Quellenkreis des Feldeffekttransistors 12 geschaltete Zenerdiode 24 außer acht gelassen werden« Die Schaltung entspricht dann im wesentlichen dem Stand der Technik·

Wenn bei einem solchen bekannten Jonisations-Rauchmelder gewährleistet sein soll, daß der Tyristor 30 durch das Ausgangssignal des Feldeffekttransistors 12 • mit Sicherheit gezündet werden kann, müssen die Werte der Widerstände 20 und 22 so klein wie möglich gemacht werden,

009882/1494

Wenn nun aber die Widerstände 20 und 22 klein sind, hat der Abflußstrom I^ des Feldeffekttransistors 12 im Betrieb während der Überwachung der Umgebung auf Rauch, und damit auch der Steuerelektrodenleckstrom

I__e einen verhältnismäßig hohen Wert» Wenn der Abflußgs

strom I. des Feldeffekttransistors 12 einen bestimmten Wert I,.. (Figur. 2) erreicht, nimmt der Steuerelektrodenleckstrom I abrupt zu. Diese starke Änderung des Steuerelektrodenleckstroms I__ beeinflußt aber das

gs

Potential an der Verbindung 12 der beiden Jonisationskammern2 und 4, so daß der Feldeffekttransistor 12 nicht ordnungsgemäß auf Impedanzänderungen der offenen «Ionisationskammer 10 ansprechen kann. Hierdurch kann es in unerwünschter Weise geschehen, daß ein A^larm ausgelöst wird, obwohl die offene «Ionisationskammer 4leinen Rauch enthält, und daß kein Alarm ausgelöst wird, obwohl die offene «Ionisationskammer Rauch enthält. Diese Effekte treten insbesondere bei Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, nicht jedoch MOS-Feldeffekttransistoren auf«

Bei dem vorliegenden «Ionisationsrauchmelder soll der Abflußstrom des Feldeffekttransistors 12 durch die in seinem Quellenkreis eingeschaltete Zenerdiode 24 während des Überwachungsbetriebes auf einen Wert unter I^ begrenzt

werden, um die störenden Einflüsse des Steuerelektrodenleckstroms auszuschalten« leim di@ offen© «Ionisationskammer 4 bei der überwachung eines Raumes keinen Hauch enthält, fließt in ihr und in äer «Ionisationskammer 2 ein konstanter «Tonisationsstroiay so elaß eich an der Verbindung 10 der beiden JoniBationekaminern eine^r^stabile Spannung einstellt.

-5«

008882/1494

Der Abflußstrom des Feldeffekttransistors 12 des vorliegenden Jonisations-Kauchmelders ist unter diesen Umständen höchstens gleich dem Leckstrom der Zeneudiode 24 und sein Wert liegt etwas unter 1^. Der Steuerelektroden-

leckstrom I des Feldeffekttransistors 12 ist dementsprechend gs

bemerkenswert klein und er beeinflußt die Impedanzen der beiden «Ionisationskammern 2 und 4, bzw. die Potentialverteilung an diesen «Ionisationskammern nicht. Der kleine Abflußstrom kann keine Zündung des Tyristors 30 bewirken, so daß die Gefahr einer Fehlansprache nicht besteht.

Wenn JedoQh Rauch in die offene «Ionisationskammer 4 gelangt, nimmt der Jonisationsstrom in dieser »Ionisationskammer ab, ihre Impedanz nimmt zu und die Spannung vom Verbindungspunkt 10, d.h. also die Spannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 12, steigt an. Hierdurch wird die Impedanz der Quellen-Abfluß-Strecke des Feldeffekttransistors herabgesetzt, die an der Zenerdiode 24 liegende Spannung steigt über die Zenerspannung an und durch die Zenerdiode 24 fließt ein entsprechender Abflußstrom· Der Abflußstrom nimmt dabei einen verhältnismäßig großen Wert an, so daß die an der Verbindung 26 der Widerstände 20 und 22 auftretende Spannung die Zenerspannung der Zenerdiode 28 übersteigt. An die Steuerelektrode 32 des Tyristors 30 gelangt dann eine positive Spannung, die den Tyristor 30 zündet, so daß die K&nmen 6 und 8 der Spannungsquelle über eine kleine Impedanz kurz geschlossen werden und ein entsprechendes Signal zur Spannungsquelle übertragen wird.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Jonisations-Eauchmelder werden der Abflußstrom des Feldeffekttransistors 12 und damit auch der Steuerelektj6?odenleckstrom während des

-6-

00988 2/1494

-D-

normalen Betriebes (überwachung) einfach durch die in den Quellenkreis des Feldeffekttransistors 12 eingeschaltete Zenerdiode 24 herabgesetzt. Sine Fehlansprache kann daher nicht auftreten. Da außerdem der vom Rauchmelder im Ruhezustand aufgenommene Strom sehr klein ist, kann man mehrere solche Rauchmelder an eine einzige Spannungsquelle anschließen.

Außerdem kann man dadurch, daß man den Abflußstrom während des Ruhezustands auf einen kleinen Wert begrenzt, für den Feldeffekttransistor 12 einen billigen Sperrschicht-Feldeffekttransistor verwenden. Die Verwendung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors bringt nicht nur bezüglich der Kosten Vorteile mit sich. MOS-Feldeffekttransistoren haben nämlich auch den Nachteil einer sehr niedrigen Steuerelektroden-Durchbruohsspannung. Bei der offenen !ionisationskammer 4 besteht die eine Elektrode 43 aus einem Netz, das gelegentlich zu Überwachungsund Wartungszwecken abgenommen werden muß« In diesem Falle hat dann die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors kein definiertes Potential und es besteht die Gefahr, daß die Isolierschicht der Steuerelektrode durch elektrostatische Spannungen und dgl. zum Durchschlag gebracht wird. Dies kann bei einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor nicht geschehen, da dieser eine sehr hohe Steuerelektroden— Durchbruchsspannung hat und sehr unempfindlich ist»

Bei dem nun zu beschreibenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind gleiche Bauteile wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden»

009882/1494

Die Abflußelektrode 16 des Feldeffekttransistors 12 ist über die Kollektor-Baitter-Strecke eines Flächentransistors 40 mit der positiven Klemme 6 der nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden· Sie Basiselektrode 46 des Iraneistors 40 ist über einen Widerstand 48 mit der positiven Klemme 6 und über eine Zenerdiode 50 mit der Quellenelektrode 18 des Feldeffekttransistors 12 verbunden. Die Quellenelektrode 18 des Feldeffekttransistors 12 ist außerdem über einen Widerstand 52 mit der negativen Klemme der Spannungsquelle und über die Zenerdiode 28 mit der Steuerelektrode 32 des Tyristors 30 verbunden.

Bei einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor ändert sich der Steuerelektrodenleckstrom I in Abhängigkeit von der Spannung V- zwischen Quelle und Abfluß im allgemeinen so, wie.es in Figur 4 dargestellt ist, d.h. daß der längs der Ordinate aufgetragene Steuerelektrodenleckstrom I steil ansteigt, wenn die Spannung V-. zwischen Quelle und Abfluß einen bestimmten Wert übersteigt, der im folgenden als "Knick-Spannung V . " bezeichnet werden soll.

Wenn man bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 den Transistor 40 außer acht läßt und die Abflußelektrode des Feldeffekttransistors 12 direkt mit der positiven Elektrode 6 der Spannungsquelle verbindet und wenn die Spannung V^₈.aus irgend einem Grunde über die Knick-Spannung V_8n ansteigt, nimmt der Steuerelektrodenleckstrom Ig₈ derart zu, daß er das Potential an der Verbindung der beiden «Ionisationskammern 2 und 4 beeinflußen kann. Der Feldeffekttransistor 12 kann dann aber nicht mehr einwandfrei auf Impedanzänderungen der offenen «Ionisationskammer ansprechen und der Detektor arbeitet nicht mehr ordnungsgemäß. Dies ist vor allem der Fall, wenn der Feldeffekttransistor 12 aus einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor besteht.

-8-

009882/1494

Bei dem vorliegenden Jonisations-Rauchmelder wird die Spannung Vj₁ zwischen Quelle und Abfluß des Feldeffekttransistors 12 durch die den Transistor 40 und die Zenerdiode 50 enthaltende Spannungsbegrenzungsschaltung im Abflußstromkreis des Feldeffekttransistors 12 während des Ruhezustandes immer unterhalb der Knick-Spannung V . gehalten.

Die in der dargestellten Weise geschaltete Zenerdiode 50 hat eine Zenerspannung, die kleiner als die Knick-Spannung V"_sll ist· Wenn die Quellen-Abfluß-Spannung V_dg des Feldeffekttransistors 12 die Zenerspannung der Zenerdiode 50 übersteigt, wird die Impedanz der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 40 hoch, wodurch die Quellen-Abfluß-Spannung des Feldeffekttransistors 12 unter die Knick-Spannung 7, begrenzt wird,,

Während des Ruhebetriebes, also wenn sich in der offenen Jonisationekammer 4 kein Rauch befindet, fließt durch diese Jonisationskammer ein konstanter ungesättigter Jonisationsstrom und durch die geschlossene Jonisationskammer 2 fließt ein gesättigter konstanter Jonisationsstrom, so daß sich an der Verbindung 10 der beiden Jonisation8kammern eine stabile Spannung einstellt. Auch wenn die Abfluß-Quellen-Spannung V, unter diesen Bedingungen dazu neigt, anzusteigen, besteht keine Gefahr, daß der Steuerelektrodenleckstrom ansteigt, da die Quellen-Abfluß-Spannung durch die den Transistor 40 und die Zenerdiode 50 enthaltende Spannungsbegrenzungsschaltung unter der Knick-8pannung V _fa gehalten wird· Wenn dagegen Rauch in die Jonisationskammer 4 gelangt, steigen deren Impedanz sowie die Spannung an der

009882/U94

Verbindung 10 an und damit auch die Spannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 12. Es beginnt dann ein Abflußstrom zu fließen· Wenn die Spannung an der Quellenelektrode 13 die Zenerspannung der Zenerdiode 28 infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 52 übersteigt, wird der Steuerelektrode 32 des Tyristors 30 ein Zündsignal zugeführt» Der Tyristor 30 zündet dann und schließt die Klemmen 6 und 8 der Spannungsquelle kurz, so daß ein entsprechendes Signal zur Spannungsquelle übertragen wird«

Da die Quellen-Abfluß-Spannung V^₈ des Feldeffekttransistors 12 dann niedrig ist, beeinflußt sie die Arbeitsweise des Transistors 40 und der Zenerdiode 50 in keiner Weise,

Bei dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden unerwünschte Einflüsse des Steuerelektrodenleckstromes während des Überwachungsbetriebes dadurch ausgeschaltet, daß in den Abflußstromkreis des Feldeffekttransistors 12 eine Schaltung zur Begrenzung der Quellen-Abfluß-Spannung des Feldeffekttransistors 12 eingeschaltet wird, so daß dieser stabil und einwandfrei arbeitet. Man kann also auch bei diesem Ausführungsbeispiel wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem billigen Sperrschicht-Feldeffekttransistor arbeiten.

-Pat entansprüche-

009882/1494

Claims (2)

/Ü29752 - ίο - Patentansprüche

1./Jonisations-Rauchmelder mit einer geschlossenen Jonisations-

V / kammer und einer offenen »Ionisationskammer, die in Reihe

geschaltet sind und jeweils, zwei Elektroden sowie eine radioaktive Strahlungsquelle enthalten, und mit einem Feldeffekttransistor, dessen Quellen-Abfluß-Strecke an eine Betriebsspannungsquelle und dessen Steuerelektrode an die Verbindung der beiden «Ionisationskammern angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Quellen-Abfluß-Stromkreis des Feldeffekttransistors (12) eine Begrenzerschaltung (24·; 40, 48, 50) enthält, die im Ruhebetrieb den Steuerelektrodenleckstrom des Feldeffekttransistors (14) begrenzt·

2. Jonisations-Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung eine Zenerdiode (24) enthält, die in den Quellenkreis des Feldeffekttransistors (12) geschaltet ist und den Abflußstrom des FeldeffekttraiAstors im Buhebetrieb unter einen Wert (1^) begrenzt, bei dem der Steuerelektrodenleckstrom des Feldeffekttransistors unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt·

3m Jonisations-Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung einen Transistor (40), dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen die Abflußelektrode (16) des Feldeffekttransistors (12) und die zugehörige Klemme (6) der Spannungsquelle, geschaltet ist und ein Schaltungselement (50) zur Begrenzung der Spannung zwischen der Basiselektrode (46) des Transistors (40) und der Quellenelektrode (18) des Feldeffekttransistors enthält, das

0G9382/-U94

zwischen die Basiselektrode und die Quellenelektrode geschaltet ist, enthält, bo daß die Quellen-Abfluß» Spannung (V^ ) des Feldeffekttransistors (12) auf Werte begrenzt wird, bei denen der Steuerelektroden-1eckstrom unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt«

Jonisations-Rauchmelder nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (12) ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor ist.

0098-82/1494