DE2500435A1

DE2500435A1 - Feuerdetektor

Info

Publication number: DE2500435A1
Application number: DE19752500435
Authority: DE
Inventors: Frederick Jerome Conforti; Wilbur Lee Ogden
Original assignee: Pittway Corp
Current assignee: Pittway Corp
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1975-01-07
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2257119A1; JPS50103300A; IT1023231B; FR2257119B3; GB1499581A; JPS5726398B2

Description

PITTWAY CORPORATION
333 Skokie Boulevard
Northbrook. Illinois 6OO62

Feuerdetektor

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Feuerdetektor des Ionisierungstyps, bei dem zur Feststellung von Verbrennungsprodukten eine Ionisierungskammer verwendet wird, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Überwachungsschaltung für einen solchen Detektor, die gewährleistet, daß dieser richtig arbeitet.

Zur Erzielung eines maximalen Feuerschutzes ist es erwünscht, den Betrieb eines Feuerschutzgeräts zu überwachen, damit gewährleistet wird, daß das Gerät mit Energie versorgt .wird und daß es auch sonst richtig arbeitet.

Zur Überwachung der einem Feuerschutzgerät zugeführten Energie sind mehrere Anordnungen bekannt. Diese Anordnungen überwachen allgemein die Spannung der Energieversorgung des Geräts, und sie vergleichen diese Spannung mit einer beispielsweise aus einer getrennten Bezugsbatterie oder

Schw/Ba

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Bezugsspannungsquelle wie einer Zenerdiode erhaltenen Bezugsspannung.

Es ist auf diese Weise zwar möglich, die einem Feuerschutzgerät zugeführte Energie in Anordnungen, die mit einer Bezugsbatterie arbeiten, beispielsweise in der in der US-PS 3 594 751 beschriebenen Anordnung, zu überwachen, doch macht ein Ausfall der Bezugsbatterie die Überwachungsschaltung unwirksam. In Anordnungen, die von einer Zenerdiode als Bezugseinrichtung Gebrauch machen, wird ein vollständiger plötzlicher Ausfall der Hauptenergieversorgung nicht festgestellt. Überdies stellen bisher bekannte Schaltungsanordnungen lediglich Fehler in der Stromversorgung, nicht aber in der Detektorschaltung selbst fest.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine Überwachungsanordnung für ein Feuerdetektorgerät geschaffen werden. Die Überwachungsschaltung für ein Feuerdetektorgerät soll so ausgestaltet werden, daß gewährleistet wird, daß dem Gerät Energie zugeführt wird, und daß das Gerät auch sonst richtig arbeitet. Ferner soll mit Hilfe der Erfindung ein Feuerdetektorgerät des Ionisierungstyps mit veränderlicher Empfindlichkeit geschaffen werden, das eine Überwachungsanordnung enthält, die gewährleistet, daß das Gerät mit der richtigen Empfindlichkeit arbeitet.

Nach der Erfindung wird ein MOS-Feldeffekttransistor-"Verstärker zum Feststellen der in Anwesenheit von Verbrennungsprodukten auftretenden Impedanzänderungen der Ionisierungskammer und zur Erzielung einer die Impedanz der Kammer repräsentierenden Spannung verwendet werden. An den MOS_Feldeffekttransistor-Verstärker ist ein Differenzverstärker angeschlossen, dem an einem Eingang eine veränderliche Bezugsspannung zugeführt wird und der einen hörbaren

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Alarm auslöst, wenn die Ausgangsspannung des MOS-FeIdeffekttransistor-Verstärkers unter die dem Differenzverstärker zugeführte Bezugsspannung abfällt.

An den MOS-Feldeffekttransistor und an die Emitterimpedanz des Differenzverstärkers ist eine transistorisierte überwachungsschaltung angeschlossen, die eine Anzeigelampe erregt, wenn die Vorspannung am Differenzverstärker den richtigen Wert hat. Wenn die Vorspannung den falschen Wert hat, was eine Fehlfunktion der Energieversorgung, eine Fehlfunktion der Detektorschaltung oder eine falsche Empfindlichkeitseinstellung anzeigt, geht die Anzeigelan pe aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, deren einzige Figur ein genaues Schaltbild eines Feuerdetektors des Ionisierungstyps zeigt, dessen Empfindlichkeit veränderlich ist und der eine Überwachungsschaltung nach der Erfindung aufweist.

Gemäß der Zeichnung ist ein Transformator 10 an eine Netzversorgungsspannung von 120V und an vier Gleichrichterdioden 12, 14, 16 und 18 angeschlossen, damit eine Nenngleichspannung von 12V für den Betrieb der Feuerdetektorschaltung geliefert wird. In einer anderen Ausführungsform kann anstelle des Transformators 10 und der vier Dioden eine Batterie verwendet werden, damit eine in sich abgeschlossene, batteriebetriebene Einheit entsteht. Zum Filtern der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Dioden 12, 14, 16 und 18 und zum Entfernen von SpannungsSprüngen, die sich aus Spannungssprüngen des Versorgungsnetzes ergeben, werden vier Kondensatoren 20, 22, und 26 verwendet. Die der Fühlerschaltung zugeführte Spannung wird auf einen vorbestimmten festen Spannungswert von beispielsweise 8,2V mittels einer Zenerdiode 28 geregelt, die

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über einen Widerstand 30 und eine Diode 32 mit den Gleichrichterdioden verbunden sind.

Die Feuerdetektorschaltung enthält eine Ionisierungskammer mit einem napfförmigen Teil 36, einer Fangelektrode 38 und einer radioaktiven Ionenquelle 40. Die Ionenquelle 40 emittiert Alphateilchen, die die zwischen dem napfförmigen Teil 36 und der Auffangelektrode 38 hindurchtretende Umgebungsluft ionisieren, damit ein Strom zwischen dem napfförmigen Teil 36 und der Auffangelektrode 38 erzeugt wird. Da Verbrennungsprodukte in der Umgebungsluft eine größere Masse als die Umgebungsluftmoleküle aufweisen, verursachen sie (auf Grund der Formel :Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung) eine Reduzierung des zwischen dem Napfteil 36 und der Auffangelektrode 38 fliessenden lonenstroms. Folglich nimmt die Impedanz der Ionisierungskammer bei Anwesenheit von Verbrennungsprodukten in der Luft zu. Eine genauere Erklärung der Wirkungsweise der Ionisierungskammer findet sich in der US-PS 3 594 751.

Die Auffangelektrode 38 der Ionisierungskammer 34 ist an die positive 8,2 V-Versorgungsleitung 42 angeschlossen, und der napfförmige Teil 36 steht über einen Widerstand 44 mit Masse oder einem gemeinsamen Potential in Verbindung. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 44 und des napfförmigen Teils 36 ist mit der Gate-Elektrode eines MOS-Feldeffekttransistors 46 verbunden. Die Drain-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors 46 gteht über einen Widerstand 48 mit Masse in Verbindung, und die Source-Elektrode 1st über die Widerstände 50 und 52 mit der 8,2V-Versorgungsleitung 42 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 50 und 52 ist mit einem Transistor 54 verbunden, der zusammen mit dem Transistor 56 und zugehörigen Bauelementen einen Differenzverstärker bildet. Die Emitter der Transistoren 54 und 56 sind miteinander verbunden, und sie

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sind über einen Widerstand und eine Diode 59 an die Versorgungsleitung 42 angeschlossen; die Funktion des Widerstandes 58 und der Diode 59 werden unten noch näher erläutert. Die Basis des Transistors 56 ist mit einer Widerstandsteilerschaltung aus den Widerständen 60 und 62 und dem Potentiometer 64 verbunden. Der Kollektor des Transistors 54 ist an die Basis eines Transistors 66 angeschlossen, der in dieser Ausführungsform aus einem Transistor in Darlington-Schaltung besteht. Der Emitter des Transistors 66 liegt an Masse, und sein Kollektor ist mit einem ersten Alarmwandler, wie einem Alarmhorn 68 über einen Widerstand 70 verbunden.

Ein Transistor 72, der die Überwachungsschaltung bildet, ist mit seinem Emitter am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 58 und der Diode 59 angeschlossen, während seine Basis am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 52 und über einen Widerstand 74 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 72 steht über einen Widerstand 76 mit der Basis eines Transistors 78 in Verbindung, der ebenfalls von einem Transistorpaar in Darlington-Schaltung gebildet ist. Der Emitter des Transistors 78 liegt an Masse, und sein Kollektor ist mit einem zweiten Anzeigewandler wie einer Leuchtdiode 80 über einen Strombegrenzungswiderstand 82 verbunden.

Wenn im Betriebszustand in der Umgebungsluft keine Verbrennungsprodukte vorhanden sind, wird das Potentiometer 64 so eingestellt, daß der Transistor 56 in den leitenden Zustand versetzt wird. Die Einstellung wird so getroffen, daß die Spannung an der Basis des Transistors 56 etwa um 0,3V niedriger als die Spannung an der Basis des Transistors 54 ist. Wenn der Transistor 56 leitet, ist der Transistor 54 gesperrt, wodurch der Transistor 56 in den nichtleitenden Zustand versetzt wird, damit der Stromkreis zum Alarmhorn 68 geöffnet wird,

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Im Falle eines Feuers erhöhen die zwischen der Auffangelektrode 38 und dem napfförmigen Teil 36 hindurchtretenden Verbrennungsprodukte die Impedanz der Ionisierungskammer 34, wodurch die Spannung an der Gate-Elektrode des Transistors 46 abgesenkt wird. Das erwähnte Absinken der Spannung hat eine Zunahme der Leitfähigkeit des Transistors 46 zur Folge, wodurch die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 50 und 52 abgesenkt wird. Wenn die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 50 und 52, die der Basis des Transistors 54 zugeführt wird, unter die an der Basis des Transistors 56 vorhandene Bezugsspannung absinkt, geht der Transistor 56 in den nichtleitenden Zustand über, und der Transistor 54 wird leitend. Der Übergang des Transistors 54 in den leitenden Zustand hat zur Folge, daß der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 66 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, wodurch dieser Transistor 66 in den Sättigungszustand übergeht und den Stromkreis zur Erregung des Alarmhorns 68 schließt. Die Schaltungsanordnung kann leicht empfindlicher oder unempfindlicher für Impedanzänderungen der Ionisierungskammer 34 gemacht werden, indem das Potentiometer 64 so eingestellt wird, daß sich eine andere Spannungsverschiebung als 0,3V zwischen der Spannung an der Basis des Transistors 54 und der Spannung an der Basis des Transistors 56 ergibt, wobei eine kleinere Spannungsverschiebung die Schaltungsanordnung empfindlicher macht.

Wenn das Potentiomeber 64 richtig eingestellt ist, hat die Spannung am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 54 etwa "den Wert 0,3V, der nicht ausreicht, den Basis-Emitter-Übergang in Durchlaßrichtung vorzuspannen und den Transistor leitend zu machen. Der auf Grund des leitenden Zustandes des Transistors 56 durch die Diode 59 fliessende Strom hat zur Folge,daß an der Diode 59 eine Spannung von etwa 0,6V vorhanden ist. Die Spannung von 0,6V an der Diode 59 und die Spannung

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von 0,3V am Basis-Emitter-Ubergang des Transistors 54 ergeben insgesamt eine Spannung von 0,9V zwischen der Anode der Diode 59 und der Basis des Transistors 54, die ausreicht, den Transistor 72 einzuschalten. Die Diode 59 ist notwendig, damit die zusätzliche Spannung zum Einschalten des Transistors 62 zur Verfügung gestellt wird, da die Spannung von 0,3V am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 54 zur Erzielung dieser Wirkung nicht ausreicht. Die oben erwähnten Spannungsverschiebungen ergeben ein befriedigendes Betriebsverhalten der dargestellten Schaltung bei Verwendung von Siliziumtransistoren. Wenn andere Transistortypen oder eine andere Schaltungsanordnung verwendet würden, würde der Fachmann jedoch eine entsprechende Änderung der Spannungsverschiebung durchführen.

Wenn der Transistor 72 in den leitenden Zustand versetzt ist, wird dadurch der Basis des Transistors 78 Strom zugeführt, damit die Leuchtdiode 80 zur Anzeige des richtigen Arbeitens der Schaltung eingeschaltet wird.

Sollte die Spannung an der Versorgungsleitung 42 aus irgendeinem Grund ausfallen, würde der Transistor 72 nichtleitend gemacht, wodurch der Transistor 78 gesperrt wird und die Leuchtdiode 80 erlischt. Sollte der Transistor 46 ausfallen, wobei der häufigste Fehlerfall eine Stromkreisunterbrechung ist, dann würde in gleicher Weise die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 50 und 52 ansteigen, wodurch der Transistor 72 in den nichtleitenden Zustand versetzt wird und die Leuchtdiode 80 erlischt.

Sollte das Potentiometer 64 unrichtig eingestellt sein, so daß sich ein zu hoher Spannungswert an der Basis des Transistors 56 ergibt, dann würde dieser Transistor 56 in den nichtleitenden Zustand versetzt, und der Transistor

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würde leitend werden,, so daß das Alarmhorn 68 ertönen würde. Wenn das Potentiometer 64 derart unrichtig eingestellt ist, daß die Spannung an der Basis des Transistors 56 zu niedrig ist, dann würde das Alarmhorn nicht ertönen, jedoch würde die Spannung zwischen der Anode der Diode 59 und der Basis des Transistors 54 unter 0,9V liegen, und der Transistor 72 würde nichtleitend werden, wodurch die Leuchtdiode 80 zur Anzeige der Fehleinstellung des Potentiometers 64 erlöschen würde. Die hier beschriebene Überwachungsschaltung weist also das zusätzliche Merkmal auf, daß sie eine unrichtige Einstellung der Empfindlichkeit des Geräts verhindert, die sonst zu einer verschlechterten Empfindlichkeit des Geräts führen würde.

Die Erfindung ist hier zwar im Zusammenhang mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden, doch sind im Rahmen der Erfindung ohne weiteres auch vielfältige Abwandlungen möglich.

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Claims

Patentansprüche

D ■ ■

My Detektoranordnung mit einem auf eine vorbestimmte Änderung • ansprechenden Fühler,einer an den Fühler angeschlossenen Alarmvorrichtung zur Abgabe eines Alarmsignals abhängig von der vorbestimmten Änderung und einer Energieversorgungsquelle für den Fühler und die Alarmvorrichtung, gekennzeichnet durch eine in den Stromkreis mit der Energieversorgungsquelle eingeschaltete Bezugspotentialquelle, eine an den Fühler angeschlossene Signalsspannungsvorrichtung zur Abgabe einer Signalspannung abhängig von den vom Fühler festgestellten Änderungen, eine erste, an die Bezugspotentialquelle und die Signalspannungsvorrichtung angeschlossene Vergleich^ vorrichtung zum Vergleichen der Amplitude der Signalspannung mit dem Bezugspotential, eine an die erste Vergleichsvorrichtung und die Alarmvorrichtung angeschlossene Schaltvorrichtung, die abhängig von der ersten Vergleichsvorrichtung die Alarmvorrichtung; zur Abgabe eines Alarmsignals in Betrieb setzt, wenn die Signalspannung eine erste vorbestimmte Amplitudenbeziehung zum Bezugspotential hat, eine zweite, an die erste Vergleichsvorrichtung und die Signalspannungsvorrichtung angeschlossene Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Amplituden der Signalspannung mit dem Bezugspotential und eine an die zweite Vergleichsvorrichtung angeschlossene Anzeigevorrichtung, die abhängig von der zweiten Vergleichsvorrichtung eine unrichtige Betriebsweise der Detektoranordnung anzeigt, wenn die Signalspannung eine zweite vorbestimmte Amplituden-'beziehung zu dem Bezugspotential hat.
2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichsvorrichtung einen Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingang enthält, daß der erste Eingang an die Bezugspotentialquelle angeschlossen ist, daß der zweite Eingang an die Signalspannungs-

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vorrichtung angeschlossen ist und daß die Bezugspotentialquelle ein Potentiometer enthält.
3. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleichsvorrichtung eine Spannungsverschiebungsvorrichtung enthält.
4. Detektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverschiebungsvorrichtung eine Diode enthält.
5. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anzeigevorrichtung eine normalerweise erregte Lichtquelle enthält, und daß die zweite Vergleichsvorrichtung die Lichtquelle zum Erlöschen bringt, wenn die Signalspannung die zweite vorbestimmte Amplitudenbeziehung zum Bezugspotential hat.
6. Detektoranordnung mit einer Energiequelle und einem an die Energiequelle angeschlossenen Fühler zur Abgabe einer Signalspannung entsprechend einem vorbestimmten festgestellten Zustand, gekennzeichnet durch eine in den Stromkreis mit der Energiequelle eingeschaltete Bezugspotentialquelle, eine erste, an die Energiequelle, den Fühler und die Bezugspotentialquelle angeschlossene Spannungsvergleichsvorrichtung, die abhängig von einer ersten vorbestimmten Differenz der Amplituden des Bezugspotentials und der Signalspannung arbeitet, eine an die erste Spannungsvergleichsvorrichtung angeschlossene Alarmvorrichtung, die abhängig von der ersten Spannungsvergleichs-/vorrichtung arbeitet und abhängig von der ersten vorbestimmten Differenz der Amplituden des Bezugspotentials und der Signalspannung einen Alarm abgibt, eine zweite, an die Bezugspotentialquelle und den Fühler angeschlossene Spannungsvergleichsvorrichtung, die abhängig von einer zweiten vorbestimmten Differenz der Amplituden des Bezugspotentials und der Signalspannung arbeitet, und eine an die Energiequelle und an die

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zweite Spannungsvergleichsvorrichtung angeschlossene Anzeigevorrichtung, die abhängig von der zweiten Spannungsvergleichsvorrichtung eine Anzeige abgibt, die von der zweiten vorbestimmten Differenz der Amplituden des Bezugspotentials und der Signalspannung abhängt.
7. Detektoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannungsvergleichsvorrichtung eine gemeinsame Impedanz, zwei Transistoren mit jeweils einer Basis, einem - Emitter und einem Kollektor enthält, daß die Emitter miteinander und mit der gemeinsamen Impedanz verbunden sind, daß die Basis eines der Transistoren an die Bezugspotentialquelle angeschlossen ist, daß die Basis des anderen der Transistoren an den Fühler angeschlossen ist, und daß einer der Kollektoren an die Alarmvorrichtung an geschlossen ist.
8. Detektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsvergleichsvorrichtung eine Transistorvorrichtung enthält, die an die gemeinsame Impedanz und an den Fühler angeschlossen ist.
9. Detektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsvergleichsvorrichtung eine Spannungsverschiebungsvorrichtung enthält.
10. Detektoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverschiebungsvorrichtung eine Diode enthält, ζ die in den Stromkreis mit den Emittern und mit der gemeinsamen Impedanz angeschlossen ist und daß die Transistorvorrichtung erste, zweite und dritte Elektroden enthält, wobei die erste Elektrode an die Diode, die zweite Elektrode an den Verbindungspunkt zwischen der ersten Spannungsvergleichsvorrichtung und dem Fühler und die dritte Elektrode an die Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.

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