DE2165697A1

DE2165697A1 - Vorrichtung zur Ermittlung von in einem Raum suspendierten Teilchen, msbe sondere Rauchgasanzeiger

Info

Publication number: DE2165697A1
Application number: DE19712165697
Authority: DE
Inventors: Donald Francis Cohasset Mass Steele (VStA)
Original assignee: Electro Signal Lab Inc
Current assignee: Electro Signal Lab Inc
Priority date: 1971-06-03
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1972-12-14
Also published as: CA963122A; IT942068B; FR2141655B1; GB1370811A; US3723747A; FR2141655A1

Description

Dipl.-Ing. Heinz Bardehte Patentanwalt

D-8 München 26, Postfach 4
Telefon 0811/292555

München, den 30.Dezember 1971

P 1356 Mein Zeichen: . .

Anmelder: ELECTRO SIGNAL LAB, INC. 7 Front Street
Weymouth, Massachusetts
USA

Vorrichtung zur Ermittlung von in einem Raum suspendierten Teilchen, insbesondere Rauchgasanzeiger

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von in einem Raum suspendierten Teilcheni insbesondere Rauchgasanzeiger, bestehend aus einer Lichtquelle zur Beleuchtung des Raums, einer ersten und einer zweiten photoelektrischen Einrichtung mit lichtempfindlichen Elementen im wesentlichen gleicher Fläche und gleicher Empfindlichkeit, von denen die erste photoelektrische Einrichtung aus dem Raum und die zweite photoelektrische Einrichtung von der Lichtquelle Licht erhält, und einem Element zur Steuerung der die zweite photoelektrische Einrichtung von der Lichtquelle erreichenden Lichtmenge·

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Es sind Rauchgasanzeiger bekannt, die eine Erregerlampe zur Beleuchtung eines Raums aufweisen, in dem suspendierte Teilchen, wie z.B. Rauch, zu ermitteln sind. Bei diesen Rauchgasanzeigern tastet eine Photozelle den Raum ab, der nahezu dunkel ist, der jedoch in sehr geringem Mass Licht erhält, das von der Photozelle festgestellt wird. Wenn Teilchen in den Raum eindringen, wird das Licht gestreut und zu der Photozelle reflektiert. Dadurch erhöht sich das Ausgangssignal der Photozelle und betätigt einen Schwellwertkreis zur Alarmauslösung. Das Ausgangssignal, das bei einer bestimmten Teilchenmenge durch das gestreute Licht hervorgerufen wird, kann sich mit dem Alter, der Temperatur, der angelegten Spannung und der Änderung der Beleuchtung durch die Lampe und anderen Faktoren ändern. Die Änderung des Ausgangssignals der Lichtquelle, die zur Betätigung des Schwellwertkreises erforderlich ist, kann sich dadurch ändern, wodurch die Zuverlässigkeit des Anzeigers vermindert wird oder falsche Alarme ausgelöst werden. Die obigen Faktoren können zeitweilig dadurch kompensiert werden, dass eine im wesentliche identische Kompensatxonsphotozelle in den Schwellwertkreis eingeschaltet unddem Licht der Erregerlampe ausgesetzt wird.

Es ist bekannt, dass die Empfindlichkeit einer Photozelle sich in Abhängigkeit von dem lter ändert, und dass die Alterungsgeschwindigkeit durch die Lichtintensität, gemessen in Lumen pro Fläche, beeinflusst wird. Mit Vorrichtungen mit einem abgeglichenen Photozellenkreis lässt sich ein elektrischer Abgleich (Stromfluss) durch Änderung der dem Licht ausgesetzten Fläche der Kompensationszelle im Vergleich zu der festen Beleuchtung und der Fläche der Abtestzelle erreichen. Eine solche Vorrichtung ■

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ist dem Stromfluss durch die insgesamt beleuchtete Abtastzelle angepasst, wobei parallele Ströme durch die unterschiedlich beleuchtete Kompensationszelle fliessen. Da mehr als 90 $ der Kompensationszelle gegen das Licht abgeschirmt ist, wodurch die elektrische Impedanz des abgeschirmten Teils wesentlich grosser als die der Abtastzelle ist, muss die restliche kleine Fläche der Kompensationszelle eine wesentlich höhere Lichtintensität als die Abtastzelle erhalten, um eine Impedanzanpassung an die insgesamt beleuchtete Photozelle zu erreichen· Eine der~ artige Ungleichheit der Lichtintensitäten führt zu einer Änderung der Alterungsgeschwindigkeiten und damit zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten der beiden Zellen nach einer bestimmten Zeitdauer.

Ausserdem zeigen aufgenommene Kurven der Temperaturkoeffizienten von Photozellen, dass die Leitfähigkeit sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, und dass der Prozentsatz der Änderung pro Temperaturgrad sich proportional mit der Lichtintensität der lichtelektrischen Oberfläche ändert. Bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen ein Teil der Kompensationszellenoberfläche einer stärkeren Beleuchtung als die Oberfläche der Abtastzelle ausgesetzt ist, arbeiten die beiden Zellen mit unterschiedlichen Koeffizienten. Bei den Sehr niedrigen Lichtstärken in Hauchgasanzeigern,(0,01 bis 0,001 Fuss-Kerzen) wird die Wirkung von Temperaturdifferenzen zwischen den Zellen stark erhöht.

Ein weiterer Faktor, der Unterschiede zwischen den Ausgangssignalen der beiden Zellen verursacht, ist der anfängliche Pegel der Lichtintensität^ an den jeweiligen

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Zellen. Der Prozentsatz der Änderung der Zellenleitfähigkeit bei einer gegebenen Änderung der Intensität des auffallenden Lichts ändert sich sehr stark in Abhängigkeit von der anfänglichen Lichtintensität auf der photoelektrischen Oberfläche der Zelle. Wenn die Kompensationszelle teilweise mit einer grösseren Lichtstärke als die grössere Fläche der Abtastzelle beleuchtet wird, kann eine Änderung der Strahlung der Erregerlampe z.B. zu einer Zellenungleichheit führen, die die" Rauchgasempfindlichkeit des Anzeigers vermindert oder zu einem falschen Alarm führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Anzeiger mit zwei Photozellen zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Faktoren, die ein ungleiches Ansprechen der jeweiligen Photozellen verursachen, kompensiert sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung durch wenigstens ein zwischen der Lichtquelle und der zweiten photoelektrischen Einrichtung angeordnetes Element zur Diffusion des auf das lichtempfindliche Element der zweiten photoelektrischen Einrichtung fallenden Lichts auf eine Fläche, die im wesentlichen gleich der dem Licht ausgesetzten Fläche des ersten lichtempfindlichen Elements der ersten photoelektrischen Einrichtung ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Rauchgasanzeiger gemäss der Erfindung,

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Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

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Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 1 eines Rauchgasanzeigers in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. k eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 3» und

Fig. 5 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt einer weiteren Aus führungs form.

Fig. 1 zeigt einen Rauchgasanzeiger, der aus einem eine halbkreisförmige Kammer umschliessenden lichtundurchlässigen dreieckigen Block 3» einer halbkreisförmigen Wand k und oberen und unteren Wänden 6 und 7 ^aus porösem Material besteht, die im wesentlichen Umgebungslicht von der Kammer fernhalten, jedoch von der Luft getragene Teilchen relativ unbehindert in die Kammer einlassen.-

Ausserhalb des dreieckigen Blocks 3 ist eine Erregerlampe 8 angeordnet, deren Strahlen von einer Kugellinse 9 längs eines Weges 11 durch einen Kanal 12 in die eingeschlossene Kammer gelenkt werden. Eine erste Photozelle 1 ist in dem Block 3 aufgenommen und hat eine scheibenförmige lichtempfindliche Fläche 1a, die die Kammer durch eine geschossförmige Linse 13 längs eines Weges 14 durch einen Kanal 16 in dem Block 3 sieht. Ohne Rauch in der Kammer erhält im wesentlichen die gesarate lichtempfindliche Fläche 1a der ersten Photozelle 1 eine sehr geringe, jedoch endliche Menge an Licht, das durch die' porösen Wände 4, 6 und 7 dringt oder das von der Erregerlampe s tammt und von den Innenflächen der Wände durch den Kanal 16 reflektiert wird. Diese Restlichtmenge beeinflusst das Altern und die Empfindlichkeit der Photozelle gegenüber

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Lichtmengenänderungen. Wenn Rauch in die Kammer strömt, wird eine wesentlich grössere Lichtmenge von der Lampe 9 durch den Kanal 16 reflektiert, so dass die Leitfähigkeit der Photozelle 1 zunimmt, "wenn der Rauch ausreichend dicht ist, wird ein Alarmkreis 17 ausgelöst, mit dem die Photozelle verbunden ist. Wie zuvor erläutert wurde, ändert sich die Empfindlichkeit und Leitfähigkeit der Photozelle unvermeidbar mit dem Alter und den Betriebsbedingungen.

Um diese Bedingungen teilweise zu kompensieren, ist eine zweite Photozelle 2 vorgesehen, die so ausgewählt ist, dass sich im wesentlichen gleiche Ansprechkennlxnien und eine im wesentlichen gleiche lichtempfindliche Fläche 2a wie bei der ersten Photozelle 1 ergibt. ISe zweite Photozelle 2 ist gegen das Licht in der beleuchteten Kammer abgeschirmt, erhält jedoch einen Teil des Lichts der Erregerlampe 8.

Die zweite Photozelle 2 ist ebenfalls in dem Block 3 aufgenommen und steht mit der Kugellinse 9 über konische Kanäle 18 und 19 und einen geraden Kanal 21, der an der Kugellinse endet, in Verbindung. Der Kanal 18 ist nahe der Photozelle 2 weiter als die lichtempfindliche Fläche 2a. Die Lichtübertragung von der Linse in den Kanal 21 ist gering und wird ausserdem durch einen Gewindestift vermindert, der in dem Block 3 eingeschraubt ist und mehr oder weniger in dem Kanal 21 verstellbar ist, um die Übertragung von Licht durch den Kanal auf die lichtempfindliche Fläche 2a der zweiten Photozelle mehr oder weniger zu begrenzen. Das Licht wird vorzugsweise auf eine solche

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Menge begrenzt, dass es die zweite Photozelle 2 in einer Energiemenge (Lumen) gleich der Menge der ersten Photozelle 1 im Normalzustand ohne Rauch erreicht.

Zusätzlich zu dem Gewindestift wird das auf die lichtempfindliche Fläche 2a fallende Licht durch eine Mattglas-Diffusionsscheibe 23 gesteuert, die hinter dem Gewindestift 22 und zwischen den Kanälen 18 und 19 liegt. Während der Gewindestift 22 die Lichtübertragung vorzugsweise zu einer Seite der lichtempfindlichen Fläche 2a zulassen würde, verteilt die Diffusionsscheibe 23 das Licht völlig anisotrop durch die Kanäle 18 und im wesentlichen gleichmässig über die lichtempfindliche Fläche und stellt sicher, dass zusätzlich zu dem Empfang der gleichen Lichtmenge (Lumen) die beiden lichtempfindlichen Flächen

1a und 2a das Licht mit der gleichen Intensität (Lumen/cm ) und Farbtemperatur auf den gleichen Flächen empfangen. Die oben zusätzlich vorgesehenen Bedingungen ermöglichen es, dass die beiden Photozellen mit der gleichen Geschwindigkeit bezüglich der Fläche, der Lichtintensität und der Temperatur altern.

Fig. 3 und h zeigt eine weitere Möglichkeit der Steuerung der Menge und der Verteilung des Licht auf der lichtempfindlichen Fläche 2a. Licht von der Kugellinse 9 in einem dreieckigen Block 3a wird zu der lichtempfindlichen Fläche 2a durch einen geraden Kanal 26 und einen konischen Kanal 27 übertragen, der sich stärker erweitert als die lichtempfindliche Fläche 2a. Ein abgewandelter Gewindestift 22a trägt einen kreisförmigen Flügel 28, der in dem geraden Kanal 26 angeordnet ist. Durch die Winkeleinstellung des Stiftes und des Flügels kann die zu der Photo-

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zelle 2 übertragene Lichtmenge eingestellt werden. Der kreisförmige Flügel 28 hat eine einen höhen Reflexionsfaktor aufweisende, diffus reflektierende Oberfläche wie z.B. eine flach aufgetragene weisse optische Anstrichfarbe. Die Wände der Kanäle 26 und 27 sind ebenfalls mit einer diffus reflektierenden Anstrichfarbe überzogen. Mit einer derart diffundierenden Oberfläche auf dem Flügel und/oder den Kanalwänden wird eine gesteuerte Lichtmenge sehr gleichmässig über die lichtempfindliche Fläche 2a wie im Falle der Figuren 1 und 2 verteilt.

In Fig. 5 hat der dreieckige Block 3b einen sich erweiternden Kanal 29 und einen geraden Kanal 28 zwischen der Kugellinse 9 und der Photozelle 2. Ein Stift 22 ähnlich dem in Fig. 1 und 2 gezeigten steuert das durch die Kanäle übertragene Licht. In dem geraden Kanal 28 nahe dem sich erweiternden Kanal 29 ist ein lichtdurchlässiger Zylinder aus einem innen diffundierenden Festkörper, wie einem Milchglas und ähnlichen Kunststoffmaterialien, wie Nylon und Teflon, angeordnet.

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Claims

A ns ρ r ü c h e

("[ ./Vorrichtung zur Ermittlung von in einem Raum suspendierten Teilchen, insbesondere Hauchgasanzeiger, bestehend aus einer Lichtquelle zur Beleuchtung des Raums, einer ersten und einer zweiten photoelektrischen Einrichtung mit lichtempfindlichen Elementen im wesentlichen gleicher Fläche und gleicher Empfindlichkeit, von denen die erste photoelek-trische Einrichtung aus dem Raum und die zweite photoelektrische Einrichtung von der Lichtquelle Licht erhält, und einem Element zur Steuerung der die zweite photoelektrische Einrichtung von der Lichtquelle erreichenden Lichtmenge, gekennzeichnet durch wenigstens ein zwischen der Lichtquelle (8) und der zweiten photoelektrischen Einrichtung (2) angeordnetes Element (23,28) zur Diffusion des auf das lichtempfindliche Element der zweiten photoelektrischen Einrichtung (2) fallenden Lichts auf eine Fläche (2a), die im wesentlichen gleich der dem Licht ausgesetzten Fläche (1a) des ersten lichtempfindlichen Elements der ersten photoelektrischen Einrichtung (i) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diffundierende Element (23) zwischen dem Steuerlement (22) und dem lichtempfindlichen Element der zweiten photoelektrischen Einrichtung (2) angeordnet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diffundierende Element (28) direkt mit dem Steuerelement (22a) verbunden ist,
4, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diffundierende Element eine diffus reflektierende Oberfläche bzw. ein diffus reflektierender Überzug ist.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die diffus reflektierende Oberfläche mit dem Steuerelement (22a) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die diffus reflektierende Oberfläche mit den Wänden eines von der Lichtquelle (8) zu dem lichtempfindlichen Element der zweiten photoelektrischen Einrichtung (2) führenden Kanals (26,27) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das diffundierende Element ein innen lichtdiffundierender lichtdurchlässiger Festkörper ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das diffundierende Element eine Müchglasscheibe (23) ist, die im Abstand von dem lichtempfindlichen

Element der zweiten photoelektrischen Einrichtung (2) angeordnet ist.

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