DE2165560C2 - Ionisations-Feuermelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ionisations-Feuermelder der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 gekennzeichneten Gattung.

Ein aus der US-PS 30 09 098 bekannter Gasanalysator enthält eine Meßkammer, eine Bezugsmeßkammer, jeweils einen Kondensator, einen Impedanzwandler und einen Schwellwertschalter mit einem vorgebbaren Schwellenwert und einen Analog-Digital-Wandler. Die Kondensatoren werden jeweils unter Betätigung von Relais aufgeladen. Die Entladung erfolgt über den Ionisationsstrom. Wenn die Kondensatorspannung > > unter einen vorbestimmten Wert sinkt, öffnet ein Schaltverstärker. Die jeweils entstehende digitale Impulsfolge wird einem Differenzverstärker zugeführt. Dabei repräsentiert die Ist-Impulsfolge das Trägergas plus einer Gaskomponente und die Bezugsimpulsfolge wi das Trägergas. Die analog und optisch angezeigte Differenz ergibt zwar Aufschluß über die vorhandene Komponente, aber jeweils bezogen auf die Reinheit des Trägergases und eine definierte Meßzeit. Bedingt durch den F.insatz von Relais ist außerhalb des im bekannten Falle beabsichtigten Laborbetriebes bzw. bei Umstellung auf einen Feuermelder eine erhöhte Störanfälligkeit /u erwarten.

Es ist weiterhin ein lonisations-Feuermelder bekannt (US-PS 34 62 752), bei welchem eine einzige, gegenüber der Atmosphäre offene, ein radioaktives Präparat enthaltende Ionisationskammer und ein Speicher-Kondensator in Reihe liegen. Der Ionisations-Feuermelder enthält einen ersten und einen zweiten Zeitkreis, einen spannungsabhängigen Schalttransistor und eine Alarmoder Anzeigevorrichtung. Die Zeitkonstante des ersten Zeitkreises ist kleiner als die des zweiten. Der erste Zeitkreis bildet eine Abtastvorrichtung, durch welche die Ladung des Speicher-Kondensators periodisch mit fester Impulsfolgefrequenz dem spannungsabhängigen Schalter zugeführt wird. Der Speicher-Kondensator wird über den spannungsabhängigen Schalter entladen, wenn die atmosphärischen Bedingungen in der Ionisationskammer normal sind. Gleichzeitig bewirkt der spannungsabhängige Schalter eine Entladung eines Kondensators im zweiten Zeitglied. Wenn jedoch Verbrennungsprodukte in die Ionisationskammer gelangen, bleibt die öffnung des spannungsabhängigen Schalttransistors in der Abtastphase aus, und der Kondensator im zweiten Zeitglied erreicht eine Spannung, die die Durchschaltung eines Schalttransistors und damit die Einschaltung einer Anzeigevorrichtung bewirkt Als Schalttransistoren dienen jeweils Unijunction-Transistoren.

Bei dieser bekannten Schaltung ist als vom ersten Zeitglied gesteuerte Schaltvorrichtung zwischen dem Verbindungspunkt zwischen Ionisationskammer und Speicher-Kondensator und dem spannungsabhängigem Schalter ein Relais verwendet, wodurch sich Isolationsströme ergeben, die bei den geringen Ionisationsströmen schon beträchtlich ins Gewicht fallen können. Schaltungstechnisch ist diese Vorrichtung nur sehr schwer zu eichen, da keine Vergleichsgrößen entsprechend einer rauchfreien Ionisationskammer herangezogen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ionisations-Feuermelder der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der ohne zusätzliche Meßinstrumente direkt eine Aussage über die Rauchkonzentration gibt und exakt eichbar ist. Des weiteren soll die Funktionstüchtigkeit und die Betriebssicherheit gegenüber herkömmlichen Ionisations-Feuermeldern verbessert werden, insbesondere der Ionisations-Feuermelder von einer Signalwarte aus geprüft werden können.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des vorstehenden Anspruches 1.

Der erfindungsgemäße Feuermelder zeichnet sich gegenüber dem Gasanalysator nach der US-PS 30 09 098 durch einen vollelektronischen Aufbau aus. Funktionstüchtigkeit und Betriebssicherheit sind gewährleistet, weil die Entladung des Kondensators sowohl direkt zur Synchronisation eines Vergleichimpulsgenerators dient (mit Anschluß an einen Alarmkreis) als auch mittelbar einem intermittierend anzeigenden Indikator zugeführt wird.

Im Gegensatz zum aus der US-PS 34 62 752 bzw. der CH-PS 4 65 445 bekannten Feuermelder wird bei Rauchanfall nicht nur eine Anzeige bewirkt, sondern die Information über die tatsächliche Rauchkonzentration und damit auch über die Änderungstendenz bleibt erhalten.

Ein besonderer Vorteil besteht nämlich darin, daß die F.ntladung des Kondensators mittels des Indikators, z. B. einer Lampe, anzeigbar ist. Durch die Verwendung eines programmierbaren Unijunction-Transistors läßt sich in einfacher Weise der Schwellenwert für die

Kondensatorspannung, der gleichzeitig der Wert ist, bei dem der Impulsgenerator angestoßen wird, festlegen. Der synchronisierte Impulsgenerator enthält einen Tyristor und einen Unijunction-Transistor. Die Vergleichsimpulszeit wird durch einen einstellbaren Widerstand und einen Kondensator vorgegeben. Kommt der folgende Kammerimpuls rechtzeitig, d h. innerhalb der Vergleichsimpulszeit, so wird der Kondensator des vorgenannten ÄC-GIiedes entladen. Die Entladung wird durch eine Indikatorlampe angezeigt Kommt der nächste Kammerimpuls nicht in der Vergleichsimpulszeit bzw. innerhalb der Anstiegzeit der Spannung am Emitter des Unijunctions-Transistors, so schaltet dieser durch. Dabei wird das Alarmrelais geschaltet, und die Indikatorlampe leuchtet ständig.

Bei jeder Kondensatorentladung blitzt wie beschrieben die Lampe auf, wobei der Abstand der Lichtblitze ein Maß für die Rauchkonzentration ist Dadurch kann der Ionisations-Feuermelder gemäß vorliegender Erfindung an Ort und Stelle direkt zur Individualanzeige benutzt werden, wodurch diese Geräte auch durch Laien überprüfbar sind. Bei ordnungsgemäß funktionierendem Melder gibt die Lampe ungefähr alle 4 Sekunden einen kurzen Lichtblitz ab. Man kann also z. B. durch eine Zeitmessung von zehn aufeinanderfolgenden Blitzen mittels einer Stoppuhr die einwandfreie Funktion des Melders kontrollieren. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Blitzen ist eine dem durch di; Ionisationskammer fließenden Strom direkt proportionale Größe. Dadurch ist es möglich, durch einfache Ausmessungen der Blitzzeit den Melder den herrschenden Umweltbedingungen optimal anzupassen. Bei ansteigendem Rauchpegel wird auch die Blitzzeit größer, und man kann die Blitzzeit durch Umschalten des Melders mit einem auf der Rückseite befindlichen Empfindlichkeitsschalter entsprechend reduzieren.

Aus der DE-OS 2107 862 ist ein von einem Widerstand zeitlich gesteuerter Impulsgenerator bekannt, der Impulse erzeugt, deren Impulsbreite ein Maß für die Änderung des Widerstandswertes ist. Dieser Impulsgenerator ist als Feuermelder einsetzbar. Dabei ist als solches weiterhin bekannt, einerseits bei Überschreiten einer bestimmten Rauchkonzentration Alarm auszulösen und andererseits das Funktionieren des Schaltkreises durch einen Indikator ständig anzuzeigen.

Der elektronische Schaltkreis des bekannten Impulsgenerators enthält eingangsseitig einen Feldeffekt-Transistor mit einer isolierten Gate-Elektrode und ausgangsseitig einen integrierenden Verstärker mit RC-Netzwerk. Der Feldeffekt-Transistor besitzt eine definierte Gate-Kapazität. Etwa vorhandener Rauch in einer Ionisationskammer vermindert die Leitfähigkeit der Kammer und vergrößert dadurch die Zeit zur Ladung der Gate-Kapazität. Über einen Schaltverstärker wird eine geregelte Spannung an die Senken-Quellen-Strecke des Feldeffekt-Transistors gelegt, wodurch im Prinzip ein Auswertzyklus eingeleitet wird. Als Reaktion auf eine verlängerte Zeitperiode für die Aufladung der Gate-Kapazität bei Vorhandensein von Rauch wird ein Alarm-Relais durch den Ausgang eines integrierenden Verstärkers erregt, der durch eine Transistor-Kaskade und ein RC-Netzwerk gebildet ist. Die Zeitkonstante des RC-Netzwerkes bestimmt die Zeit, die eine Spannung V\ anstehen muß, damit der Verstärker durchschaltet.

Bei der Schaltung gemäß der DE-OS 21 07 862 ist nicht eenau vorherbestimmbar. welche Größe die Gate-Kapazität hat so daß bereits die Ladezeit abhängig vom Bauelement verschieden sein kann. Die Entladezeitkonstante ist relativ groß; denn der entsprechende Widerstand muß hoch sein, wenn statt des veränderbaren Widerstandes eine Ionisationskammer eingesetzt wird.

Im Gegensatz zu dieser bekannten Schaltung arbeitet, der erfindungsgemäße Ionisations- Feuermelder mit einem Vergleich der den Kammerstrom repräsentierenden digitalen Impulsfolgefrequenz mit einer fest vorgegebenen Impulsfolgefrequenz eines Vergleichsimpulsgenerators, der von den Entladeimpulsen eines in der Steuerelektroden-Quellen-Strecke eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors liegenden Kondensators synchronisiert ist Die Entladung des Kondensators erfolgt also über eine Diodenstrecke mit minimalem Widerstand. Dadurch ist eine schnelle Entladung gewährleistet Die extrem geringen Ströme der Ionisationskammer sind mit größter Genauigkeit auswertbar.

Die Verwendung eines Feldeffekt-Transistors im Ionisations-Feuermelder als solche ist bekannt (DE-PS 12 81321, DE-OS 20 36 447). Aus der genannten Literatur ist in einigen Fällen jeweils lediglich die Verwendung eines MOS-Feldeffekt-Transistors bzw. eines Feldeffekt-Transistors mit isolierter Gate-Elektrode bekannt Der Einsatz eines Feldeffekt-Transistors hat in diesen Fällen den Sinn, daß er selbst durch vorübergehende Überspannungen, die z. B. durch ein Relais oder ein Läutwerk am Ort der Spannungsquelle erzeugt werden, nicht beschädigt wird. Neben diesen Funktionen bewirkt die erfindungsgemäße Beschaltung mit einem Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor in überraschend vorteilhafter Weise, daß der gesamte Kammerstrom zur Aufladung des Kondensators dient und für eine rasche Entladung des Kondensators gesorgt ist.

Es ist zwar für Ionisations-Feuermelder mit einer offenen Ionisationskammer und einer geschlossenen Vergleichskammer auch bekannt (DE-OS 20 33 942), einen Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor am Verbindungspunkt beider Ionisationskammern anzuschließen. Im bekannten Fall soll der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor mit temperaturabhängigem Steuerelektrodenleckstrom die Meldung über einen Anstieg der

4-> Umgebungstemperatur neben der Rauchmeldung ermöglichen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung liegt die Steuerelektroden-Quellen-Strecke des Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors im Entladestromkreis des Kon-

">i> densators, womit die rasche Entladung des Kondensators gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Beschallung mit dem Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor in Quellenfolgeschaltung bringt eine hohe Isolation der Schaltstrecke gegenüber der Ionisationskammer und

η einen exakten Impulseinsatz für den Vergleichsimpulsgenerator. In der Strecke des Impulsgenerators, gleichsam des Schalters der Ionisationskammer, liegt die Steuerelektroden-Quellen-Strecke des Feldeffekt-Transistors, dessen Sperrwiderstand in Sperrichtung

■ ungefähr 10¹⁴ Ohm beträgt. Damit liegt der Isolationswiderstand der Schaltstrecke um mindestens zwei Zehnerpotenzen höher als der Isolationswiderstand der Ionisationskammer. Der Zeitabstand des Aiifladens des Ko.-.densators bzw. der Abstand Jer EntlaHeirnp-jIse ist ein direktes und genaues Maß für den lonenstrom.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist zur Prüfung der Funktionskontrolle eine höhere Spannung als die AnsDrechsDannunn aufschaltbar. was von eine

fernen Stelle, ζ. B. einer Meldezentrale aus, durchgeführt werden kann. Dadurch ist es möglich, alle Melder einer Meldeschleife von der Zentrale aus zum Ansprechen zu bringen und somit eine Funktionskontrolle durchzuführen. Eine übergeordnete Funktionskontrolle als solche ist bekannt (DE-PS 12 81 321).

Zwei Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt
F i g. 1 ein Prinzipschaltbild vorliegender Erfindung,
F i g. 2 die an der Ionisationskammer oszillographierte Spannung bei Änderung des lonisationskammerslromes (c und d) und die Vergleichsspannung des Vergleichsimpulsgenerators und

Fig. 3 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen lonisations-Feuermelders mit kompletter Schaiiung.

Die F i g. 1 und 2 dienen zur Verdeutlichung der Analog-Digital-Umwandlung des lonisationskammerstromes in eine Impulsfolge variabler Frequenz-Gemäß F i g. 1 sind eine Ionisationskammer 1, die ein radioaktives Präparat enthält, und ein Kondensator 2 in Reihe geschaltet. An den Kondensator 2 ist als Impedanzwandler die gate-source-Strecke eines Feldeffekt-Transistors 5 gelegt. Dieser Feldeffekt-Transistor 5 steuert den Schwellenwertschalter 4 und dieser den Transistor 6 an. Der Transistor 6 entlädt den Kondensator 2 über die gate-source-Strecke des Feldeffekt-Transistors 5. Gleichzeitig steuert der Schwellenwertschalter 4 einen Vergleichsimpulsgenerator an.

Bei staub- oder rauchfreier Ionisationskammer ergibt sich eine Impulsfolge gemäß Fig. 2c. Befindet sich nun Rauch in der Ionisationskammer 1, so nimmt der Kammerstrom entsprechend ab, der Widerstand der Ionisationskammer 1 wird größer und der Kondensator 2 entsprechend langsamer aufgeladen. Es dauert also entsprechend länger, bis die Kondensatorspannung wieder auf ihren Schwellenwert gestiegen ist, bei welchem sie den Impulsgenerator erneut anstößt. Dementsprechend wird nun die Impulsfolgefrequenz gemäß Fig. 2d kleinen In Fig. 2a und 2b ist die entsprechende Vergleichsspannung, herrührend aus dem Vergleichsimpulsgenerator, gezeigt. Jedesmal mit Erreichen der maximalen Kondensatorspannung erreicht auch die Vergleichsspannung einen festen Wert. Wird nun die Impulsfolgefrequenz des Schwellenwertschalters 4 kleiner, so wächst die Vergleichsspannung weiter an und erreicht einen Triggerpunkt, die sogenannte Triggerspannung. In diesem Fall wird ein nachgeschaltetes Signal ausgelöst.

„, Ein weiteres Beispiel der Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt. Der Ionisations-Feuermelder arbeitet mit einer einzelnen Ionisationskammer. Die Transistoren 7~2 und Pi/Tdienen in Verbindung mit der Ionisationskammer als Analog-Digital-Wandler. Der Kondensator Ci wird vom durch die Ionisationskammer fließenden Strom aufgeladen. 7Ί bildet einen impedanzwandler, während T2 mit PUT einen durch P1 einstellbaren Schwellenwertschalter darstellt Wenn die Spannung an Ci einen bestimmten durch Pi vorgegebenen Wert erreicht hat so schaltet PUT kurzzeitig durch, TI schaltet durch und entlädt über die gate-source-Strecke von Ti den Kondensator Ci. Damit beginnt eine neue Periode.

Da der Strom durch die Ionisationskammer proportional der Rauchkonzentration in der Ionisationskam mer ist, ist also der Abstand zwischen zwei Entladeimpulsen am Emitter von T2 ebenfalls direkt proportional der Rauchkonzentration, d. h., der analoge Strom durch die Ionisationskammer wird in eine digitale Größe, die ') Impulsfolgefrequenz, umgesetzt.

Der Abstand zwischen den Einzelimpulsen muß nun mit einem vorgegebenen Wert verglichen werden. Dies erfolgt durch einen synchronisierten Impulsgenerator, dargestellt durch Th 1 und UJT. Die Vergleichsimpuls-

Hi zeit wird durch P2, R 17 und C6 vorgegeben. Die Synchronisierung erfolgt über die Diode D6 und Th 1 derart, daß, solange die von Tl kommende Impulsfolgefrcqucnz höher ist als die von UJT erzeugte Frequenz, vor Erreichen des Durchschaltpunktes von UJT die

it Ladung vom Konensator C6 durch Th ί abgeführt wird. Die Entladung erfolgt über die Indikatorlampe LED, d. h., daß diese Lampe bei rauchfreier Umgebung mit der vom Analog-Digital-Wandler kommenden Impulsfolgefrequenz rhythmisch etwa alle 4 Sekunden aufleuchtet. Ein Ansteigen der Rauchkonzentration ergibt also eine Vergrößerung des Impulsabstandes bis zu dem Augenblick, in dem der Impulsabstand größer als die vom Vergleichsimpulsgeber UJT erzeugte Impulszeit ist. In diesem Augenblick schaltet UJTdurch, die Entladung von C 6 erfolgt über £7/7" und R 20. Der entstehende Impuls wird über Cl und /?23 dem gate von TH 2 zugeführt und bringt diesen Thyristor zum Ansprechen. Damit schaltet das Alarmrelais ReI. A und betätigt den Wechselkontakt a. Der durch das

3D Alarmrelais ReI. A fließende Strom teilt sich auf über R 25, D4 und LED. Dadurch ist die Indikatorlampe LED zum Ansprechen gebracht. Zur Rückstellung des Melders muß die an Punkt 7 anliegende Betriebsspannung kurzzeitig unterbrochen werden.

)"' Der Transistor TZ dient zur Betriebsspannungsstabilisierung. An die stabilisierte Spannung angeschlossen ist das Störmelderelais ReI. S. Bei ansteigender Spannung schaltet der Wechselkontakt s um und verbindet die Anschlußstecker 6 und 9. Diese Anschlüsse können für eine Störsignalisierung benutzt werden. Wenn diese Störsignalisierung so geschaltet wird, daß auf dem Anschlußpunkt 9 positive Spannung liegt, so wird bei Ausfall der an Punkt 7/8/10 anliegenden Versorgungsspannung oder bei Störung der Stabilisierung T3 durch das abfallende Störmelderelais ReL S diese positive Spannung über Wechselkontakt s und /?27 der Indikatorlampe LED zugeführt, signalisiert also den gestörten Melder.

Mit dem Schalter 5VV wird durch Verändern der

^V) Ansprechschwelle von PUT in drei Stufen die Impulszeit des Analog-Digital-Wandlers geändert. Dadurch ist eine stufenweise Empfindlichkeitseinstellung des Melders möglich.
Ober den Anschlußpunkt 5 kann z.B. von der Zentrale her eine positive Spannung (24 V) zugeführt werden. Damit wird über die Diode D 2 die Ansprechschwelle des Analog-Digital-Wandlers so hoch gelegt, daß die Impulszeit auf jeden Fall höher als die Vergleichsimpulszeit ist und somit der Melder zum

^Wl Ansprechen kommt Dadurch ist es möglich, die Alarmfunktion des Melders auf elektrischem Wege von der Zentrale aus auszulösen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei einer Dosismeßkammer eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ionisations-Feuermelder mit mindestens einer ein radioaktives Präparat enthaltenden und der s Außenatmosphäre zugänglichen Ionisationskammer, der ein Kondensator, ein Impedanzwandler und ein Schwellenwertschalter mit einem vorgebbaren Schwellenwert zugeschaltet sind, wobei der analoge Kammerstrom der Ionisationskammer in eine digitale Impulsfolge umgewandelt und mit einer Bezugsfolgefrequenz verglichen wird und wobei ein optischer Indikator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzwandler ein in Quellenfolgeschaltung betriebener Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (5, 7*1) dient, dessen Steuerelettroden-Quellen-Sirecke im Entladestvomkreis des Kondensators (2, Cl) liegt,daß an die Quelle des Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors ein einen Schalttransistor(T2) und einen programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) enthaltender Schwellenwertschalter angeschlossen ist, daß zum Vergleich der Impulsfolgefrequenzen ein einen Thyristor (Th 1), ein ÄC-Glied (P2, R 17, C6) und einen Unijunction-Transistor (UJT) enthaltender Vergleichsimpulsgenerator mit fest vorgegebener Impulsfolgefrequenz vorgesehen ist und daß der Vergleichsimpulsgenerator ausgangsseitig sowohl mit einem Alarmkreis (TH 2, ReL A) als auch mit dem optischen Indikator (LED) verbunden ist, wobei der Abstand der Lichtblitze des optischen Indikators ein Maß für den Ionisationskammerstrom ist und ein Überschreiten einer bestimmten Rauchkonzentration sowohl zu Alarm als auch zu einem Dauerlichtsignal führt

2. Ionisations-Feuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionskontrolle die Ansprechspannung de? Schwellenwertschalters durch Aufschalten einer höheren Spannung veränderbar ist.