DE2453062A1

DE2453062A1 - Ionisationsfeuermelder

Info

Publication number: DE2453062A1
Application number: DE19742453062
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Rer Na Scheidweiler
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1973-11-26
Filing date: 1974-11-08
Publication date: 1975-05-28
Also published as: NO139459C; JPS5513073B2; IE40219L; GB1469267A; DE2453062C2; FR2252616B1; SE394530B; CH556072A; NO139459B; JPS5086300A; FR2252616A1; HK58777A; SE7414766L; IE40219B1; DK612574A; NO744230L

Description

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CERBERUS AG · Männedorf

IONISATIONSFEUERMELDER

Die Erfindung betrifft einen Ionisationsfeuermelder mit wenigstens einer luftzugänglichen Ionisationskammer, deren Widerstand sich bei Eindringen von Brandaerosol oder Rauch in die Kammer ändert und einer elektrischen Auswerteschaltung zur Signalgabe.

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Ionisationsfeuermelder dieser Art enthalten vorzugsweise in der Ionisationskammer, wenigstens ein radioaktives Präparat, welches die Luft in der Kammer ionisiert und bei angelegter Spannung einen Ionenstrom in der Kammer erzeugt. Bei Eindringen von Brandaerosol oder Rauch in die Ionisationskammer ändert sich durch Anlagerungseffekte die Beweglichkeit der geladenen Partikel und der Ionenstrom vermindert sich·, bzw. der elektrische Widerstand der Ionisationskammer wird vergrössert. Diese Widerstandsvergrösserung wird von der Auswerteschaltung zur Alarmsignalgabe benützt.

Bei bekannten Ionisationsfeuermeldern wird die Ionisationskammer mit einem Referenzwiderstand, z.B. einer geschlossenen oder rauchunempfindlichen zweiten Ionisationskammer in Serie an gleichspannungsführende Leitungen angeschlossen. Am Verbindungspunkt von Ionisationskammer und Referenzwiderstand tritt dann ein Gleichspannungssignal auf, welches vom Spannungsabfall oder dem Widerstand der Ionisationskammer abhängt und welches der Auswerteschaltung zugeleitet wird. Bekanntlich ist jedoch die Auswertung eines solchen Gleichspannungssignales mit sehr hochohmigem Ausgangswiderstand mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, insbesondere bezüglich der Stabilität des Arbeitspunktes, des Verstärkungsgrades und der Funktionssicherheit. Eine bereits vorgeschlagene Umsetzung des Gleichspannungssignals in eine digitalge Impulsfolge und Vergleich mit einem fest vorgegebenen Impulsgenerator erfordert einen sehr hohen Schaltungsaufwand und ist entsprechend instabil und störanfällig.

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Aufgabe der Erfindung ict die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines stabil und funktionssicher arbeitenden Ionisationsfeuermelders.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen elektrischen Oszillator enthält, der wenigstens eine Ionisationskammer als frequenzbestimmendes Element umfasst, sowie einen Frequenzdetektor, welcher bei einer vorbestimmten Aenderung der Stimmungsfrequenz des Oszillators ein Signal auslöst.

Als Kriterium für eine Signalgabe oder Alarmauslösung dient also nicht wie bei vorbekannten Ionisationsfeuermeldern ein Gleichspannungswert sondern eine Frequenz, welche sich wesentlich sicherer und stabiler überwachen und auswerten lässt.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Schaltschemata von Ausführungsbeispielen beschrieben und erläutert.

Figur 1 zeigt einen Ionisationsfeuermelder mit einer Ionisationskammer. · ...

Figur 2 zeigt einen ähnlichen Melder mit zwei Ionisationskammern.

Figur 3 zeigt eine andere Ausführung eines Melders mit zwei Ionisationskammern.

Figur 4 zeigt einen Ionisationsfeuermelder, bei welchem zwei Ionisationskammern zu einer Doppelkammer vereinigt sind.

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Im Beispiel nach Fig. 1 ist eine luftzugängliche Ionisationskammer 11 mit 2 Elektroden und einer radioaktiven Quelle als frequenzbestimmendes Glied eines astabilen Multivibrators geschaltet. Dieser enthält zwei Feldeffekttransistoren 3 und 4, deren source-Elektroden miteinander und mit einer Speiseleitung bzw. Erde verbunden sind. Die.beiden Drain-Widerstände 5 und 6 liegen ebenso wie der Gate-Widerstand 2 des einen Transistors 4 an der anderen gleichspannungführenden Speiseleitung. Die Ionisationskammer 11 ist mit einer Elektrode ebenfalls mit dieser anderen Speiseleitung und mit der anderen Elektrode mit dem Gate des entgegengesetzten Transistors 3 verbunden. Ueber die Kondensatoren 7 und 8 sind die Gate und Drain-Elektroden der beiden Feldeffekttransistoren 3 und 4 wechselweise rückgekoppelt.

Die Ionisationskammer 11 bildet also zusammen mit der beschriebenen elektrischen Schaltung einen freischwingenden astabilen Multivibrator. Die'Schwingungsfrequenz dieses Oszillators hängt von der Grosse der verschiedenen Widerstände und Kapazitäten ab. Bei einer Vergrösserung des Widerstandes der Ionisationskammer 11 infolge Eindringen von Brandaerosol oder Rauch in die Kammer wird die Aufladezeit von Kondensator 7 bis zum Umkippen des Multivibrators in die andere Lage verlängert. Am Ausgangspunkt 10 ändern sich daher die Schaltzeiten und es tritt ein Wechselspannungssignal mit einer verkleinerten Frequenz auf.

Von einem an diesem Ausgangspunkt 10, eventuell über einen Verstärker, angeschlossenen Frequenzdetektor FD wird die Aenderung der Schwingungsfrequenz ausgewertet, beispielsweise wird bei einer.

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Abnahme der Frequenz unter einen vorbestimmten Wert ein Signal gegeben, bzw. ein· Feueralarm ausgelöst. Am Ausgang des Ionisationsfeuermelders tritt also kein Gleichspannungssignal auf, sondern ein Wechselspannungssignal, welches sich erheblich einfacher/ sicherer, stabiler und mit geringerem Aufwand weiter verarbeiten lässt. Als Alarmkriterium wird darüber hinaus keine Amplitude benützt sondern eine Frequenz, so dass an die verwendeten Verstärkerelemente und Schaltungen erheblich geringere Anforderungen bezüglich Verstärkungsgrad und Stabilität des Arbeitspunktes gestellt werden können.

Fig. 2 zeigt einen völlig analog aufgebauten Ionisationsfeuermelder, bei welchem lediglich im Vergleich zu Figur 1 der Gate-Widerstand 2 des Transistors 4 durch eine zweite Ionisationskammer 12 ersetzt ist. Die Funktion ist dabei genau die gleiche, durch die zweite Ionisationskammer werden jedoch auch die Schaltzeiten in der anderen Phase in gleichem Masse verlängert, so dass der Ionisationsfeuermelder die doppelte Empfindlichkeit aufweist, d.h. die doppelte Frequenzänderung bei gleicher Rauchkonzentration im Vergleich zum Ionisationsfeuermelder· nach Figur 1. Wie in Figur 3 gezeigt, können die Ionisationskammern auch anstelle der Kondensatoren 7 und 8 benützt werden, da sich bei Eindringen von Rauch oder Brandaerosol in die Ionisationskammer nicht nur der Innenwiderstand ändert, sondern ebenfalls die Kapazität. In diesem Beispiel sind im Vergleich zu Figur 1· die Kondensoatoren 7 und 8 durch je eine Ionisationskammer 17 und 18 ersetzt, während anstelle der ursprünglichen Ionisationskammer 11 der Widerstand tritt. Die Funktion' dieses Ionisationsfeuermelders ist genau die

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gleiche wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, d.h. bei Eindringen von Rauch und Brandaerosol in die Ionisationskammern 17 oder 18 ändert sich die Schwingungsfrequenz am Ausgang 10 des Multivibrators.

Die beiden Ionisationskammern 11 und 12 im Beispiel nach Figur 2 können, wie in Figur 4 dargestellt ist, auch zu einer einzigen Doppelionisationskammer 20 zusammengefasst sein. Eine solche Kammer weist beispielsweise eine gemeinsame mit der Speiseleitung verbundene Elektrode 21 sowie je eine getrennte Elektrode 22 und 23 auf, welche mit den Gate-Elektroden der beiden Feldeffekttransistoren 3 und 4 verbunden sind. Auf diese Weise lässt sich eine besonders einfache und kompakte Konstruktion eines Ionisationsfeuermelders mit besonders hoher Empfindlichkeit herstellen. Weiterhin können auch die beiden Feldeffekttransistoren 3 und 4 zusammen mit weiteren Bauteilen zu einer einheitlich integrierten Schaltung zusammengefasst sein, wodurch die Konstruktion noch vereinfacht werden kann.

Es sei erwähnt, dass die Erfindung nicht auf freischwingende astabile Multivibratoren mit Feldeffekttransistoren beschränkt ist sondern in gleicher Weise bei anderen Oszillatoren oder Wechselspannungsgeneratoren angewandt werden kann, wobei wenigstens eine Ionisationskammer als variables frequenzbestimmendes Element dieses Oszillators dienen muss.

Die Auswertung der Frequenzänderungen kann an sich in bisheriger Weise erfolgen, z.B. mittels direkter Frequenzmessung oder durch Zählung der in einer vorbestimmten Zeit auftretenden Perioden.

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Zusätzlich kann der Frequenzdetektor so ausgebildet sein, dass nicht nur bei Abnahme der Schwingungsfrequenz des Oszillators unter einen bestimmten Schwellenwert ein Signal gegeben wird, sondern ebenfalls bei Zunahme der Frequenz über einen anderen vorgegebenen Schwellenwert. Eine solche Frequenz-Zunahme kann z.B. durch eine Widerstandsabnahme der Ionisationskammer infolge Verschlechterung des Isolationswiderstandes zwischen den Elektroden verursacht sein. Da in diesem Falle der Feuermelder unempfinlicher oder funktionsunfähig würde, ist eine Signalisation dieses Zustandes durch ein zusätzliches Störungssignal im Interesse der Betriebssicherheit sogar erwünscht.

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Claims

Patentansprüche

f !./ionisationsfeuermelder mit wenigstens einer luftzugänglichen "~ Ionisationskammer, deren Widerstand sich "bei Eindringen von Brandaerosol oder Rauch in die Kammer ändert und einer elektrischen Ausv^erteschaltung zur Signalabgabe, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen elektrischen Oszillator enthält, der wenigstens eine Ionisationskammer als frequenzbestimmendes Glied umfasst, sowie einen Frequenzdetektor, welcher bei einer vorbestimmten Aenderung der Schwingungsfrequenz des Oszillators ein Signal auslöst.
2. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen zwei Verstärkerelemente enthaltenden freischwingenden Multivibrator aufweist.
3· Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, dass die beiden Verstärkerelemente als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind.
4. Ionisationsfeuermelder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der \7iderstand einer Ionisationskammer als frequenzbestimmendes Glied· des Oszillators dient.
5. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ionisationskammer als Gate-Widerstand eines der beiden Feldeffekttransistoren dient.
6. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ionisationskammern vorgesehen sind, welche als Drainwiderstände der beiden Feldeffekttransistoren dienen.

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7. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ionisationskammern zu einer Doppelionisationskammer mit einer gemeinsamen und zwei weiteren Elektroden zusammengesetzt sind.
8. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die "beiden weiteren Elektroden der Ionisationskammer mit den' Gate-Elektroden der beiden Feldeffekttransistoren verbunden sind, dass die Source-Elektroden der beiden Feldeffekttransistoren mit der anderen gleichspannungsführenden Leitung verbunden sind und andererseits über Kondensatoren mit den Gate-Elektroden des anderen Feldeffekttransistors.
9. Ionisationsfeuermelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ionisationskammer als Koppelkapazität des Multivibrators ausgebildet ist.
10. Ionisationsfeuermelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdetektor eingerichtet ist, ein Signal auszulösen, wenn die Schwingungsfrequenz des Oszillators einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet.
11. Ionisationsfeuermelder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdetektor eingerichtet ist, ein Signal auszulösen, wenn die Schwingungsfrequenz des Oszillators einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
12. Ionisationsfeuermelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdetektor eingerichtet ist, ein Signal sowohl bei Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes, als auch bei Ueberschreitung eines anderen vorgegebenen Schwellenwertes auszulösen.

Gp/r 1.10.74 .

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