DE2452839A1 - Brandmelder - Google Patents

Description

N 25/31

6.11. 74

Nohmi Bosai Kogyo Co., Ltd. No.7-3, Kudan Minami

4-chome, Chiyoda-ku

Tokyo, Japan

Prioritäten: Japanische Gebrauchsmuster-Anmeldung Sha 40-130 045

vom 9. November 1973

und: Japanische Gebrauchsmuster-Anmeldung Sho 49-061 692 vom 29. Mai 1974

Brandmelder

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder mit wenigstens zwei auf verschiedene Brandphänomene reagierenden Fühlern und einer gemeinsamen Auswerteschaltung zur Auswertung der Eigenschaftsänderungen der Fühler und zur Alarmsignalgabe.

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Von einem Brandmelder wird gefordert, dass er auf sämtliche in der Praxis vorkommenden Arten eines Schadenfeuers sicher und schnell anspricht, sich jedoch von anderen, nicht von einem Brand herrührenden Phänomenen nicht beeinflussen lässt.

In der Praxis treten jedoch verschiedenartige Brandtypen auf, bei denen die verschiedenen bekannten Brandphänomene unterschiedlich stark hervortreten. Bei einem Flüssigkeitsbrand tritt z.B. vorzugsweise eine Flammenstrahlung auf, ohne starke Rauchentwicklung, bei einem Schwelbrand jedoch im Anfangsstadium weder Flammen noch sichtbarer Rauch oder übermässige Hitze, sondern es entwickeln sich zunächst nahezu unsichtbare_/jedoch am Geruch kenntliche Brandaerosole, bei einem Brand feuchten Materials entsteht wiederum bevorzugt dichter Rauch, und bei Kunststoffbränden entstehen bevorzugt gasförmige Verbrennungsprodukte. Für diese verschiedenartigsten Brandphänomene sind unterschiedliche Brandfühler in Benutzung, z.B. Ionisationskammern für Brandaerosole, optische Streu- . licht- oder Extinktionsmesskammern, Strahlungsmesseinrichtungen, Temperatur- oder Verbrennungsgasdetektoren. Jeder dieser Fühler reagiert jedoch nur auf ein einziges Brandphänomen und ist daher nicht in der Lage,alle in der Praxis auftretenden Schadenfeuer zu melden.

Es ist daher bekannt geworden, mehrere solcher Fühler zu einem Brandmelder zu kombinieren, z.B. wurden bereits Ionisationsbrandmelder mit zusätzlichen Temperaturschaltern ausgerüstet, welche bei Ueberhitzung die Leitungen kurzschliessen und einen Alarmstrom auslösen. Weiter ist bekannt geworden, einen Ionxsationsbrandmelder mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Detektion des durch einen Brand entstehenden

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Wasserdampfes, auszurüsten oder gleichzeitig zum Nachweis der bei einem Brand entstehenden freien Ionen einzurichten .

Gewöhnlich werden beide Fühler in einer ODER-Schaltung verbunden, welche ein Alarmsignal auslöst, wenn wenigstens einer der Fühler auf ein Brandphänomen reagiert. Dabei ist jedoch nachteilig, dass die einzelnen Fühler nicht nur auf das Brandphänomen selbst ansprechen, sondern auch auf ähnliche Erscheinungen. So reagiert ein Ionisationsbrandmelder nicht nur auf Brandaerosol, sondern ebensogut auf andere Teilchen, wie Staub, Sprayaerosol etc., und ein Wasserdampf-. fühler reagiert ebensogut auf eine Feuchtigkeitserhöhung der Luft aus anderen Gründen. Es hat sich daher erwiesen, dass solche'kombinierten Brandmelder mit ODER-Schaltung auch eine erhöhte Fehlalarmanfälligkeit aufweisen,was in der Praxis höchst unerwünscht ist.

Bekannte kombinierte Brandmelder vermeiden diese Schwierigkeit zwar dadurch, dass die Fühler in einer UND-Schaltung verbunden sind, welche nur dann ein Alarmsignal auslöst, wenn beide Fühler auf einen Brand ansprechen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass ein Alarmsignal nur ausgelöst wird, wenn gleichzeitig beide Brandphänomene in hinreichender Stärke vorliegen. Ein solcher Brandmelder ist daher zwar weniger anfällig für Fehlalarme, ist andererseits jedoch nicht in der Lage auf alle vorkommenden Brandtypen zu reagieren, z.B. nicht auf jene.in denen eines der nachzuweisenden Brandphänomene zufällig fehlt oder nur schwach vertreten ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und die Schaffung eines auf sämtliche in der Praxis vorkommenden Brandtypen schnell und zuverlässig reagierenden, jedoch trotzdem fehlalarmsicheren Brandmelders.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet.- dass die Auswerteschaltung bei einer Beeinflussung des einen Fühlers durch ein Brandphänomen die Ansprechschwelle des anderen Fühlers für die Alarmsignalgabe im Sinne einer Empfindlichkeitserhöhung automatisch zu ändern vermag.

Um eine gegenseitige Beeinflussung beider Fühler zu vermeiden, ist es in einer Weiterbildung der Erfindung zweckmässig, für beide Fühler getrennte Verstärkerelemente vorzusehen, welche gleichzeitig als Schwellenwertdetektoren dienen können. Dabei kann durch die Ausgangsspannung des zum ersten Fühler gehörenden Verstärkerelementes eine Vorspannung für das zweite Verstärkerelement derart geändert werden, dass dessen Ansprechschwelle kleiner wird und der Brandmelder bei Vorhandensein eines ersten Brandphänomenes dadurch automatisch für ein zweites Brandphänomen empfindlicher wird. Ein solcher Brandmelder reagiert dann bereits wenn neben einem ersten Brandphänomen gleichzeitig nur in sehr geringem Umfang ein zweites Brandphänomen vorhanden ist. Dadurch wird der Nachteil vqrbekannter kombinierter Brandmelder vermieden, dass diese nur anzusprechen vermögen, wenn beide Brandphänomene in genügender Grosse vorliegen, andererseits ist die Fehlalarmanfälligkeit sehr gering,da stets beide Phänomene vorhanden sein müssen.

Eine besonders zweckmässige Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn die Auswerteschaltung so eingerichtet ist, dass nur eine Alarmsignalgabe erfolgt, wenn die Summe der Ausgangssignale beider Fühler oder deren Verstärkerelemente einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, während die Einzelsignale diese Schwelle separat nicht erreichen können, sodass eine Fehlalarmauslösung durch nur einen der Fühler unmöglich ist.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 7 wiedergegebenen Schaltschemata von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben. Die verschiedenen dargestellten Schal-' tungen beziehen sich auf Brandmelder mit unterschiedlicher

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Kombination von jeweils zwei verschiedenartigen Brandfühlern, d.h. von Ionisationskammern, Photozellen oder Solarbatterien, Thermistoren sowie Gassensoren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele oder Kombinationen beschränkt, denn mit gleicher Wirkung können auch andere bekannte Brandfühler in analoger Weise unter Benützung des Erfindungsgedankens kombiniert werden.

Fig. 1 zeigt einen Ionisationsbrandmelder mit zwei in Serie an den Gleichspannung führenden Anschlüssen a und b liegenden Ionisationskammern CHi und CHo mit verschiedener Rauchempfindlichkeit oder Luftzugänglichkeit. Der Verbindungspunkt beider Ionisationskammern A ist mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors FET verbpnden, dessen Source-bzw. Drain-Elektroden über die Widerstände Rl und R2 ebenfalls mit den Anschlüssen a und b verbunden sind. Von der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors FET wird ein Schaltelement SCR so angesteuert, dass dieses auf Durchgang schaltet, sobald die Steuerspannung am Punkt A im Vergleich zur Source-Spannung V des Feldeffekttransistors eine bestimmte Ansprechschwelle überschreitet. In diesem Fall wird über die Leitungen ein Alarmsignal ausgelöst. Zusätzlich ist ein Temperaturfühler vorgesehen, welcher einen Thermistor Th aufweist, welcher einen Widerstand R3 eines aus den Widerständen R3 und R4 bestehenden Spannungsteilers überbrückt. Der Abgriff B des Spannungsteilers ist mit der Basis eines Transistors Tr 1 verbunden als dessen Emitter-Widerstand der Source-Widerstand Rl des Feldeffekttransistors FET dient. Bei einer Temperaturänderung ändert sich der Widerstand des Thermistors Th und an der Basis B des Transistors Tr tritt eine Spannungsänderung auf, und der durch den Transistor Tr und den Widerstand Rl fliessende Strom ändert sich. Damit ändert sich ebenfalls die Vorspannung V des Feldeffekttransistors FET und somit dessen Ansprechschwelle^und zwar in dem Sinne, dass er bereits auf eine geringere Brandaerosol- oder Rauchkonzentration in den Ionisationskammern anspricht.

Die folgenden Figuren zeigen die Kombination von Ionisations-

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kammern mit anderen 3randfühlern, wobei für die gleichen Bauteile die gleichen Bezeichnungen beibehalten sind.

In Fig. 2 wird an Stelle eines Thermistors ein Photoelement CdS verwendet, welches von einer Lichtquelle L ( mittels Lichtstreuung an Rauch beleuchtet wird. Die Lichtquelle L ist über einen Widerstand R5 zur Spannungsversorgung mit einem, weiteren Anschluss c verbunden, wobei die Spannung an der Lichtquelle mittels einer Zenerdiode ZD konstant gehalten wird.

In Fig. 3 ist neben den Ionisationskammern eine Brückenschaltung Br mit zwei Sensoren Pl und P2 sowie zwei Festwiderständen R51 und R61.sowie einem Einstellwiderstand VR dargestellt. Die Brücke wird über den Anschluss b und einen weiteren Anschluss c mit Spannung versorgt. Einer der beiden Sensoren Pl oder P2 kann beispielsweise als Halbleiter-Gasfühler mit spezifischer Empfindlichkeit für ein Verbrennungsprodukt, beispielsweise Kohlenmonoxyd ausgebildet sein, der andere Sensor kann auf ein anderes Brandphänomen reagieren oder einfach zur Temperaturkompensation des ersten Sensors dienen. Beide Sensoren können jedoch auch als verschieden thermisch isolierte temperaturempfindliche Widerstände ausgebildet sein, sodass die Brücke Br nur durch eine Temperaturänderungsgeschwindigkeit verstimmt wird. Die Brückendiagonale ist mit einem Operationsverstärker Am verbunden als dessen Ausgangswiderstand wiederum ein Source-Widerstand Rl des Feldeffekttransistors FET dient. In Reihe mit diesem Widerstand Rl liegen hier zwei weitere Widerstände R6 und R7 an dessen Abgriff die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors FET angeschlossen ist. Parallel zum Drain-Widerstand R2 liegt ein Kondensator C welcher eine Auslösung des Schaltelementes SCR. durch kurzzeitige Spannungsstösse verhindert«

Die Schaltung nach Fig. 4 unterscheidet sich vom Beispiel nach Fig. 3 dadurch.dass an Stelle einer Brückenschaltung

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eine Solarbatterie SB an den Operationsverstärker Am angeschlossen ist. Diese Solarbatterie wird e -^ von einer Lichtquelle L direkt (e ie beleuchtet. Statt eines gesteuerten Halbleiters SCR ist als Schaltelement ein Transistorschalter bestehend aus den Transistoren Tl, T2, den Kondensatoren Cl, C2 und dem Widerstand R8 verwendet worden. Auch in diesem Fall wird von dem zusätzlichen Fühler der Spannungsabfall am Widerstand Rl und damit die Vorspannung V des Feldeffekttransistors FET im Sinne einer Empfindlichkeitserhöhung verändert.

Bei den in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Schaltungen erfolgt nun die Aenderung der Ansprechschwelle des einen Fühlers durch das Ausgangssignal des anderen Fühlers in der Weise, dass vom Schaltelement dann ein Signal ausgelöst wird, wenn die Summe der beiden Ausgangssignale eine vorgegebene Schwelle überschreitet; dabei reicht das Ausgangssignal eines der Fühler allein nicht aus um diese Schwelle zu überschreiten.

Bei dem Beispiel nach Fig. 5 liegt zwischen den Anschlüssen a und b, an welche zentralenseitig eine Spannungsquelle E und eine Alarmeinrichtung N angeschlossen ist die Serieschaltung zweier Zenerdioden Zl und Z2. Die Zenerdiode Zl hält die Spannung am Ionisationsbrandfühler konstant, welcher aus der Serieschaltung der beiden Ionisationskammer CHi und CHo besteht,an dessen Verbindungspunkt A die Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors FET angeschlossen ist, welcher mit seinem Source-Widerstand R9 ebenfalls parallel zur Zenderdiode Zl liegt. Parallel, zur anderen Zenerdiode Z2 liegt die Serieschaltung eines Photoelementes CdS und des Belastungswiderstandes Rp₁SOwIe eines mit seiner Basis an den Verbindungspunkt von Photoelement und Belastungswiderstand angeschlossenen Transistors T4 mit seinem Emitter-Widerstand RIO. Das Photoelement CdS wird indirekt von einer Lichtquelle L beleuchtet, welche in Serie mit einem Belastungs-Widerstand RL parallel zu den beiden Zenerdioden Zl und Z2 angeschlossen ist.

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Der am Widerstand R9 auftretende Spannungsabfall entspricht nun dem Ausgangssignal des aus den Ionisationskammern CHi und CHo sowie dem als Impedanzwandler und Verstärkerelement dienenden Feldeffek-ttransxstor FET bestehenden Ionisationsbrandfühlers, während der Spannungsabfall am Widerstand RIO dem Ausgangssignal des aus dem Photoelement CdS dem Belastungswiderstand Rp und dem Transistor T4 bestehenden optischen Brandfühlers entspricht. An der Reihenschaltung der beiden Widerstände R9 und RIO erscheint daher die Summe der Ausgangssignale beider Fühler. Parallel zu dieser Reihenschaltung liegen in Serie eine Zenerdiode Z3 mit vorbestimmter Zenerspannung und ein weiterer Widerstand RIl deren Verbindungspunkt über einen Widerstand R12 an die Basis eines Transistors T3 angeschlossen ist. Solange die Summe der Ausgangssignale kleiner ist die Zenerspannung der Zenerdiode Z3,ist diese gesperrt und die Basis des Transistors T3 liegt auf seiner Emitter-Spannung. Uebersteigt die Summe der Ausgangssignale jedoch die Zenerspannung so wird die Zenerdiode Z3 leitend und Transistor T3 schaltet auf Durchgang. An dem an den Kollektor des Transistors T3 angeschlossenen Spannungsteiler R13, R14 tritt am Mittelabgriff somit eine Steuerspannung auf/ welche eine mit seiner Steuerelektrode daran angeschlossene Schaltvorrichtung SCR ebenfalls zum Durchschalten bringt und somit infolge des zwischen den Anschlüssen a und b fliessenden Stromes die Alarmeinrichtung N betätigt. Die Zenerspannung der Zenerdiode Z3 ist dabei im Vergleich zu den Zenerspannungen der Zenerdioden Zl und Z2 so gewählt, dass der Spannungsabfall über einem der Widerstände R9 und RIO die Zenerspannung von Z3 nicht erreichen kann.

Bei dem in Fig. 6 wiedergegebenen Beispiel sind ein Ionisationsbrandfühler und ein optischer Rauchfühler parallel an den Anschlüssen a und b angeschlossen. Der Ionisationsbrandfühler enthält ausser dem Feldeffekttransistor FET mit seinem Source-Widerstand R16 eine weitere über den Wider-

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stand R18 angekoppelte Stufe nit einem Transistor T5 und einem Kollektorwiderstand R20. Der optische Brandfühler besteht wiederum wie im Beispiel nach Fig. 2 aus einem an einem Spannungsteiler R23, R24 angeschlossenen Photoe,lement CdS und einem dadurch gesteuerten Transistor T8 mit einem Emitterwiderstand R25_rdurch dessen Spannungsabfall über einen Widerstand R21 ein zusatzlicher Transistor T6 mit einem Kollektorwiderstand R22 angesteuert wird. Die Transistoren T5 und T6 der beiden Fühler besitzen einen gemeinsamen Emitterwiderstand R17. Im Gegensatz zu dem Beispiel nach Fig. 2 ist in diesem Fall der Transistor T8 von umgekehrter Polarität als der entsprechende Transistor TrT. Dies hat zur Folge, dass der Spannungsabfall am Widerstand R22 sich im Brandfall vermindert, während der Spannungsabfall über den Widerstand R20 im Brandfall ansteigt. Die Ionisationbrandmelderstufe und die optische Brandmelderstufe wirken also in entgegengesetzter Richtung, sodass an der zwischen den Kollektoren der Transistore T5 und T6 geschalteten Reihenschaltung der Zenerdiode Z4 und des Widerstandes R19 wiederum die Summe der Ausgangssignale beider Fühler erscheint*

Wiederum wird durch die Zenerdiode Z4 in gleicher Weise wie im Beispiel nach Fig. 5 ein Transistor T7 angesteuert, v/elcher in Serie mit dem Spannungsteiler R26, R27 liegt, dessen Abgriff mit der Steuerelektrode einer Schaltvorrichtung SCR verbunden ist. Diese Schaltvorrichtung löst also wiederum nur dann ein Signal aus, wenn die Summe der Ausgangssignale beider Fühler die Zenerspannung der Zenerdiode Z4 übersteigt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird an Stelle eines Ionisationsbrandfühlers gemäss Fig. 6 ein vorzugsweise für Braridgase empfindlicher Gasfühler G benützt, welcher aus einem Halbleiterkörper 2 und zwei Elektroden 1 und besteht, wobei die Elektrode 3 als Heizwicklung ausgebildet ist. Der durch den Gasfühler fliessende Strom wird

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mittels des Reihenwiderstandes R30 und des Transistors TO ausgewertet und in gleicher Weise wie im Beispiel nach Fig.6 zur Alarmsignalgabe benützt.

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Claims (11)

1. -Ii-Patentansprüche

   (1.jBrandmelder mit wenigstens zwei auf verschiedene Brand-Phänomene reagierenden Fühlern mit einer gemeinsamen Auswerteschaltung zur Auswertung der Eigenschaftsänderungen der Fühler und zur Alarmsignalgabe, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung bei einer Beeinflussung des einen Fühlers durch ein Brandphänomen die Ansprechschwelle des anderen Fühlers für die Alarmsignalgabe im Sinne einer Empfindlichkeitserhöhung zu ändern vermag.
2. 2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Fühler an verschiedene Verstärkerelemente (FET,Tr.; FET,Am;FET,T₄;T₅,Tg) angeschlossen sind, wobei das Ausgangssignal eines Verstärkerelementes die Vorspannung des anderen Verstärkerelementes beeinflusst.
3. 3. Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die beiden Verstärkerelemente einen gemeinsamen Elektrodenwiderstand (R.) aufweisen und daß eines (FET) der Verstärkerelemente eine Schaltvorrichtung (SCRjT₁,T₂,C^,C₂) ansteuert.
4. 4. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eingerichtet ist, ein Alarmsignal auszulösen, wenn die Summe der Ausgangssignale der Fühler einen vorgegebenen Wert übersteigt.
5. 5. Brandmelder nach Anspruch M, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Schwelle zur Auslösung eines Alarmsignal'es größer ist als jedes mögliche Einzelsignal der einzelnen Fühler.

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6. 6. Brandmelder nach Anspruch" 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Fühler an Verstärkerelemente (FET,IV) mit je einem Ausgangswiderstand (Rq₅R_1n) angeschlossen sind_} wobei sich die Ausgangsströme bei Brandeinwirkung erhöhen und daß die Ausgangswiderstände in Reihe geschaltet sind und ein Schwellenwertdetektor (Z₃₅R₁₁, R₁₂JTg) vorgesehen ist, welcher ein Alarmsignal auslöst, wenn der Spannungsabfall an der Reihenschaltung der Ausgangswiderstände eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
7. 7. Brandmelder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler jeweils an ein Verstärkerelement (T₅ ,Tg) mit einem Ausgangswiderstand (R₂₀₅R₂₂) angeschlossen sind, wobei der Ausgangsstrom des einen Verstärkerelementes (T₅) sich bei Brandeinwirkung erhöht, während sich der Ausgangsstrom des anderen Verstärkerelementes (T_ß) sich bei Brandeinwirkung vermindert, und daß die beiden Ausgangswiderstände in Differenzschaltung mit einem Schwellenwertdetektor (Z^₅R₁₀₅T₇) angeordnet sind, welcher ein Alarmsignal auslöst, wenn die Differenz des Spannungsabfalls in den Ausgangswiderständen einen vorgegebenen Wert überschreitet.
8. 8. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ₅ dadurch gekennzeichnet, daß einer der Fühler eine luftzugängliche Ionisationskammer (CHi,CHo) aufweist.
9. 9. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Fühler einen photoelektrischen Wandler (CdS₅SB) aufweist.
10. 10. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Fühler einen temperaturempfindlichen Widerstand (Th₅T₁,P₂) aufweist.
11. 11. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Fühler einen Detektor (G) für gasförmige Verbrennungsprodukte aufweist.

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