DE2034419A1 - Ionisationsrauchmelder - Google Patents

Description

8318-70

JA-TA M-57367
AT 22. Juli 1969
JA-GM W-73361
AT k. August 1969

NITTAN COMPANY, LIMITED 1-11-6, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo, Japan

Ionisatxonsrauchmelder

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ionisationsrauchmelder mit einer geschlossenen Ionisationskammer, die zvei Elektroden und eine radioaktive Strahlungsquelle enthält, einer offenen Ionisationskammer, die zvei Elektroden sowie eine radioaktive Strahlungsquelle enthält und in Reihe mit der geschlossenen Ionisationskammer an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, und einem Feldeffekttransistor, dessen Steuerelektrode an die Verbindung der beiden Ion!sationskammern angeschlossen ist und dessen Quellen<AbfIuQstrecke über einen Arbeitswiderstand mit der Spannungsquelle verbunden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ionisationsrauchmelder dieser Art, der einen Alferm auslöst, wenn die Dauer der Rauchentwicklung eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet. . ·

Ionisationsrauchmelder mit den eingangs erwähnten Merkmalen, deren Feldeffekttransistor beim Auftreten von Rauch eine

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Alarmschaltung betätigt, sind bekannt. Diese bekannten
Ionisationerauchjnelder haben jedoch den Nachteil, daß sie für praktische Zwecke häufig zu empfindlich sind. Sie
sprechen nämlich so schnell an, daß sie z. B. schon durch Tabakrauch, der kurzzeitig in die offene Ionisationskammer gelangt, oder durch einen Luftzug in der offenen Ionisationskammer ausgelöst werden.^

Der -vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel zu beseitigen und einen Ionisationsrauchmelder anzugeben, dessen Rauchempfindlichkeit auf einen für die jeweiligen Umstände vernünftigen Wert
herabgesetzt ist, so daß er einen Alarm nur dann auslöst, wenn die Rauchentwicklung langer als eine vorbestimmte
Zeitspanne andauert. Hierdurch werden Fehlalarme weitestgehend vermieden.

Gemäß dieser Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Ionisationsrauchmelder der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zwischen die Steuerelektrode und die Quellenelektrode de« Feldeffekttransistors ein die Ansprechempfindlichkeit herabsetzender Kondensator geschaltet ist.

Veiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung erläutert und in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungebeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert· Es zeigern

Fig. 1 ein Schaltbild «ines Ionisationsrauchmelder gsittß einem Ausführungebeispiel der Erfindung) und

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Fig. 2 eine Schnittansicht, die die wesentlichen Bestandteile der Mechanischen Konstruktion eines Ionisationsrauchmelder s gemäß einen AusfUhrungsbeispiel der Erfindung zeigt»

Der Rauchmelder gemäß Fig. 1 enthält ein· geschlossene Ionisationskammer 10, in der sich zwei Elektroden 11 und 12 sowie eine radioaktive Strahlungsquelle 13 befinden, und eine offene Ionisationskammer 20, in der sich in entsprechender Weise zwei Elektroden 21 und 22 sowie eine radioaktive Strahlungsquelle 23 befinden. Die beiden Ionisa tionskammern 10 und 20 sind in Reihe zwischen zwei Leitungen 1 und 2 geschaltet, die zu einer nicht dargestellten Spannungsquelle führen. Mit der Verbindung k der beiden Ionisationskanuiern ist die Steuerelektrode 31 eines Feldeffekttransistors 30 verbunden, dessen Abflußelektrode 32 unmittelbar an die Leitung 1 angeschlossen ist; während seine Quellenelektrode 33 über einen Arbeitswiderstand 3 mit der Leitung 2 verbunden ist. Zwischen die Steuerelektrode 31 und die Quellenelektrode 33 des Feldeffekttransistros 30 ist ein die Empfindlichkeit herabsetzender Kondensator 8 geschaltet. Die Quellenelektrode 33 des Feldeffekttransistors 30 ist außerdem über eine Zenerdiode 5 »it der Steuerelektrode ^J eines Thyristors ko verbunden, dessen Anode k2 und Kathode Jf 3 mit der Leitung 1 bzw. 2 verbunden sind. Zwischen die Steuerelektrode hl des Thyristors ^O und die Leitung 2 sind ein Kondensator 6 und parallel zu diesem ein Widerstand 7 geschaltet.

Fig. 2 zeigt im Vertikalschnitt, wie der Rauchmelder gemäß Fig. 1 praktisch aufgebaut sein kann. In Fig. 2 sind die wesentlichen Teile der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1

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dargesteilt, gleiche Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die eine Elektrode 22 der offenen Ionisationskammer 20 dient gleichzeitig als Gehäuse der Einrichtung und ist mit ihrem unteren Teil an einer isolierenden Grundplatte 14 befestigt· Die Elektrode 22 weist eine Anzahl von Durchbrechungen Zk auf, durch die Rauch in ihr Inneres eintreten kann. Die isolierende Grund-

^ platte i4 vird z. B. an der Decke eines Raumes befestigt. Die andere Elektrode 12 der offenen Ionisationskammer 20 trägt auf ihrer einen Seite die radioaktive Strahlungsquelle 23· Die Elektrode 12 ist an einer isolierenden Platte 9 befestigt, die z. B. aus Acrylharz bestehen kann und in der Elektrode 22 durch eine Stütze 16 befestigt ist» die von der Grundplatte Ik hochsteht. Die Rückseite der Elektrode 12 bildet die Elektrode 21 der geschlossenen Ionisationskammer und trägt die Strahlungsquelle 13 für diese Ionisationskammer. Die andere Elektrode 11 der geschlossenenen Ionisationskammer ist durch eine Stütze 17 gegenüber der radioaktiven Strahlungsquelle 13 gehaltert. Wenn die Stützen 16 und 17 aus einem zusammenhängenden Metallteil

fc bestehen, können sie als elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 11 und der Leitung 1 (Fig. 1) dienen. Wenn die Stützen 16 und 17 jedoch aus Isoliermaterial bestehen, vird die Elektrode 11 über einen durch die Stützen 16 und 17 verlaufenden Leiter mit der Leitung 11 verbunden. Der Feldeffekttransistor 30 und der Kondensator 8 sind innerhalb der Elektrode 21 so angeordnet, daß Teile dieser beiden Bauelemente in die isolierende Platte 9 eingebettet sind. Die Steuerelektrode 31 des Feldeffekttraneistorβ ist mit einem Punkt k der Elektrode 21 und damit der Elektrode 12 verbunden, die Abflußelektrode 32 ist an die Elek- ! trode 11 angeschlossen und der Anschluß der Quellenelektrode

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33 ist durch die isolierende Platte 9 hindurchgeführt. Die eine Klemme des Kondensators 8 ist mit dem Schaltungspunkt 8 verbunden, während seine andere Klemme an die Steuerelektrode 33 des Feldeffekttransistors 30 angeschlossen ist.

Im Betrieb des oben beschriebenen Ionisationsrauchmelders liegt eine vorgegebene Spannung zwischen den beiden Leitungen 1 und 2, so daß durch die beiden Ionisationskammern ein konstanter Ionisationsstrom fließen kann. Venn kein Rauch vorhanden ist, hat die Spannung an der Verbindung 4 der beiden Ionisationskammern 10 und 20 einen bestimmten Vert, der von den InnenwiderstXnden der beiden Ionisationskammern abhängt. Der durch die Quellen-Abflußstrecke des Feldeffekttransistors 30 fließende Strom ist dann im wesentlichen Null oder zumindest so klein, daß der infolge dieses Stromes am Arbeitswiderstand 3 auftretende Spannungsabfall die Zenerspannung der Zenerdiode 5 nicht überschreitet. Zur Steuerelektrode 41 des Thyristors kO gelangt daher auch kein Zündsignal, so daß der Thyristor 4o gesperrt bleibt und die auf der Seite der Spannungsquelle angeschlossene Alarmvorrichtung keinen Alarm gibt.

in
Venn/die offene Ionisationskammer 20 Rauch eintritt, nimmt ihr Widerstand zu und der sie durchfließende Ionisationsstrom wird entsprechend kleiner. Für die Spannung an der Verbindung k der beiden Ionisationskammern besteht dann eine Neigung zur Zunahme. Venn nur während einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne, z. B. einigen Sekunden, Rauch in die offene Ionisationskammer 20 gelangt, reicht dies jedoch nicht aus, um den zwischen die Steuerelektrode 31 und die Quellenelektrode 33 des Feldeffekttransistors 30 geschalteten Kondensator 8 vollständig aufzuladen. Die Spannung an der

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Steuerelektrode 31 dee Feldeffekttransistors 30 steigt dann nicht so weit an, da ein nennenswerter Strom durch die Quellen- Abflußstrecke des Feldeffekttransistors 30 fließt. Auch in diesem Falle wird der Steuerelektrode 41 des Thyristors kein Zündsignal zugeführt, so daß der Thyristor gesperrt bleibt und kein Alarm ausgelöst wird. Das kurzzeitige Eintreten von Rauch in die offene Ionisationskammer kann z. B. durch den Rauch von einer Zigarette oder eine kurzzeitige Rauchentwicklung von einem Küchenherd herrühren.

Venn7aie offene Ionisationskammer 20 jedoch während einer längeren Zeitspanne ( die z. B. größer als einige Sekunden sein kann) dauernd Rauch eintritt, lädt sich der Kondensator 8 auf die durch das Impedanzverhältnis der Ionisationskammern gegebene Spannung auf und die Spannung an der Steuerelektrode 31 des Feldeffekttransistors nimmt entsprechend zu. Hierdurch steigt auch der die Quellen-Abflußstrecke des Feldeffekttransistors 30 durchfließende Strom an und der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand 3 überschreitet schließlich die Zenerspannung der Zenerdiode 5· Der Steuerelektrode 41 des Thyristors ko wird dann durch die Zenerdiode 5 ein Zündsignal zugeführt, so daß der Thyristor k0 zünden kann und ein Signal, das eine durch Feuer verursachte Rauchentwicklung anzeigt, zu der Alarmvorrichtung am Ort der Spannungsquelle übertragen wird.

Die vorliegende Erfindung ist besonders bei Anwendung auf Ionisationsrauchmelder kleiner Abmessungen vorteilhaft· Venn nämlich der Ionisationsrauchmelder selbst klein ist, sind selbstverständlich auch die Ionisationskammern 10 und 20 sowie die Klektrodenkapazitäton der Ionisationskammern klein. Venn die Slektrodenkapazitäten klein sind, spricht der Rauch-

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melder aber sehr rasch an und er hat dementsprechend eine unerwünscht hohe Empfindlichkeit, die schon bei sehr geringer Rauchentwicklung, z. B. durch Tabakrauch oder durch einen Luftzug zu Fehlalarmen führt. Gemäß der Erfindung wird die Rauchempfindlichkeit durch einen zwischen die Steuerelektrode 31 und die Quellenelektrode 33 des Feldeffekttransistors 30 geschalteten Kondensator auf einen für die jeweilige Anwendung gewünschten Wert herabgesetzt.

Eine andere Möglichkeit, die Ansprechempfindlichkeit des Rauchmelders herabzusetzen, besteht darin, die Kapazität des an die Steuerelektrode 41 des Thyristors ho angeschlossenen Kondensators 6 zu erhöhen. Oa die Eingangsimpedanz der Steuerelektrode 41 des Thyristors jedoch sehr niedrig ist, muß die Kapazität des Kondensators 6 sehr groß gemacht werden, um eine zeitkonstante ausreichende Größe zu erhalten« Dies ist für einen kleinen Aufbau des Ionisationsrauchmelders ebenso nachteilig wie aus wirtschaftlichen Gründen. Venn der Kondensator 8 jedoch gemäß der Erfindung zwischen die Steuerelektrode 31 und die Quellenelektrode 33 des Feldeffekttransistors 30 geschaltet wird, ist andererseits die vom Verbindungspunkt h der beiden Ionisationskammern in Richtung auf den Feldeffekttransistor 30 gesehene Eingangskapazität wegen des Miller-Effektes das (1 + G)-fache der tatsächlichen Kapazität des Kondensators 8. Dabei bedeutet G den Verstärkungsfaktor des Feldeffekttransistors 30·

Selbst ein Kondensator 8 mit einer sehr kleinen Kapazität vermag also die Empfindlichkeit nennenswert herabzusetzen. Da der Kondensator 8 nur eine sehr kleine Kapazität zu haben braucht, können auch seine Abmessungen kleingehalten werden und er läßt sich leicht zusammen mit dem Feldeffekttransistor

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30 in der geschlossenen Ionisationskammer unterbringen, wie es in Fig. 2 dargestellt 1st. Durch die Unterbringung des Kondensators und des Feldeffekttransistors in der geschlossenen Ionisationskammer werden diese Bauteile gegen Einflüsse der Außenluft geschützt, so daß die Eigenschaften sich nicht allmählich verschlechtern, sondern eher stabil sind«

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Claims (3)

1. P a t entansprüche

   ( 1./Ionisationsrauchmelder mit einer geschlossenen Ionisationskammer, die zwei Elektroden und eine radioaktive Strahlungsquelle enthält, einer offenen Ionisationskammer, die zwei Elektroden sowie eine radioaktive Strahlungsquelle enthält und in Reihe mit der geschlossenen Ionisationskammer an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, und einem Feldeffekttransistor, dessen Steuerelektrode an die Verbindung der beiden Ionisationskammern angeschlossen ist und dessen Quellen-Abflußstrecke über einen Arbeitswiderstand mit der Spannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Steuerelektrode (31) und die Quellenelektrode (33) des Feldeffekttransistors (30) ein die Ansprechempfindlichkeit herabsetzender Kondensator (8) geschaltet ist·
2. 2. Ionisationsrauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Empfindlichkeit herabsetzende Kondensator (8) in der geschlossenen Ionisationskammer (1O) angeordnet ist·
3. 3. Ionisationsrauchmelder nach Anspruch 1 oder Z₉ dadurch gekennzeichnet, daß die eine (22) der beiden Elektroden (21,22) der offenen Ionisationskammer (20) ein Gehäuse für den Rauchmelder bildet, das eine Anzahl von Durchbrechungen (2k) aufweist, durch die Rauch in das Innere des Gehäuses eintreten kann, daß die andere Elektrode (21) der offenen Ionisationskammer und die eine (12) der beiden Elektroden (11,12) der geschlossenen Ionisationskammer (1O) beide aus einem einzigen, becherförmigen

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   Leiterteil bestehen, dessen offenes Ende durch eine isolierende Platte (9) geschlossen ist und dessen Außen- bzv. Innenseite als Elektrode für die offenen bzv. geschlossenen Ionisationskammern dienen, daß die radioaktiven Strahlungsquellen (13,23) der geschlossenen und offenen Ionisationskammern (iO,2O) an der Innen- bzv. Außenfläche des becherförmigen Leiterteiles angeordnet sind, daß die andere Elektrode (11) der geschlossenen Ionisationskammer innerhalb des becherförmigen Leiterteiles und elektrisch von diesem isoliert angeordnet ist, und daß mindestens der die Empfindlichkeit herabsetzende Kondensator (8) in dem becherförmigen Leiterteil angeordnet ist (Fig. 2).

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