DE2541290A1 - Ionisations-brandmelder - Google Patents

Description

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DR -ING. WOLFF, H. BARTELS 2541

DIPL -CHZ*.*.. OR· RER. NAT. ERAivDES

DR -ING. HELD, DIPL.-PHYS. WOLFF 1 5. S~j» «75 J

STUTTGART 1. LANGE STRASSE 51

Reg.-Nr. 124 787 unsere Ref.: 84 O9src

CERBERUS AG Männedorf/Schweiz

Ionisations -Brandmelder

Die Erfindung betrifft einen Ionisations -Brandmelde,r mit zwei in Serie geschalteten Ionisationskammern, deren Verbindungspunkt an die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors angeschlossen ist , u.r»dl welcJher <■ mit gleichspannungsführenden

Leitungen verbunden ist.

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Bei einem solchen Ionisations-Brandmelder werden in den Ionisationskammern mittels radioaktiver Präparate Ionen erzeugt. Tritt in die Ionisationskammern Rauch oder Brandaerosol ein, so ändert sich der zwischen den Elektroden der Ionisationskammer fliessende Ionenstrom. Bei einem Ionisations-Brandmelder der genannten Art sind nun die beiden in Serie geschalteten Ionisationskammern verschieden rauchempfindlich ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Kammer gut luftzugänglich ist, während die andere Kammer weitgehend von der Aus sen-

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atmosphäre abgeschlossen istT~Bei Eindringen von Rauch oder Brandaerosol in die offene Ionisationskammer ändert sich daher das Widerstandsverhältnis beider Kammern und am Verbindungspunkt beider Ionisationskammern tritt eine Spannungsänderung auf. Diese Spannungsverschiebung kann mit einem Verstärker-oder Schaltelement zur Alarmgabe ausgewertet werden, indem dessen Steuerelektrode an den Verbindungspunkt beider Ionisationskammern angeschlossen wird. Da Ionisationskammern einen ausserordentlich hohen Innenwiderstand besitzen, ist es notwendig, ein Verstärker-oder Schaltelement mit einem noch höheren Eingangswiderstand zu wählen, z. B. einen Feldeffekttransistor, speziell vom MOS-FET-Typ. Bei ein'er Aenderung des Widerstandsverhältnisses beider Ionisationskammern, z; B. infolge Eindringens von Rauch in eine der Kammern ändert sich somit auch der durch den Source-Drain-Pfad des Feldeffekttransistors

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fliessende Strom, und diese Stromänderung wird zur Alarmsignalgabe, beispielsweise mittels Betätigung weiterer Schaltelemente ausgenützt.

Da es in der Praxis häufig erforderlich ist, viele Brandmelder parallel über gemeinsame Leitungen an eine Signalzentrale anschliessen zu können, ist es notwendig, die einzelnen Brandmelder so auszubilden, dass sie im Normalzustand einen sehr hohen Widerstand und somit einen möglichst kleinen Ruhestrom aufweisen, damit der gesamte Ruhestrom der Meldergruppe wesentlich kleiner bleibt als der Alarnastrom eines einzigen angesprochenen Melders im Brandfall. Es ist daher zweckmässig, einen Feldeffekttransistor mit steiler Kennlinie zu wählen, welcher unterhalb einer bestimmten Schwellenspannung nur einen sehr kleinen Ruhestrom aufweist, bei Ueberschreitung der Schwelle jedoch auf Durchgang schaltet. Der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors wird nun so eingestellt, dass der Schwellenwert knapp oberhalb der Spannung am Verbindungspunkt beider Ionisationskammern im Ruhezustand liegt. Im Normalzustand ist daher der Ruhestrom durch den Feldeffekttransistor relativ klein, bei einer Aenderung des Widerstandsverhältnisses der Ionisationskammern wird jedoch die Schwelle überschritten und der Feldeffekttransistor schaltet auf Durchgang.

Weiterhin ist es in der Praxis häufig notwendig, die verwendeten Ionisations-Brandmelder an verschiedene Umgebungsbedingungen,

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ζ. B. den Staubgehalt der Luft, zu erwartende Störungen etc. anzupassen. Dazu muss der Schwellenwert des Feldeffekttransistors oder die Schaltspannung einstellbar sein. Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltung eines vorbekannten Ionisations-Brandmelders mit den beiden in Serie zwischen den Anschlüssen P und P geschalteten Ionisationskammern CIL und CH, deren Verbindungspunkt an die Steuer- oder Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors FET₁ geführt ist, geschieht dies dadurch, dass die Source-Elektrode S des Feldeffekttransistors an einen aus den Widerständen R₁ und R bestehenden Spannungsteiler geführt ist, während die Drain-Elektrode D über einen Widerstand R₀ an den Anschluss P₁ geführt ist. Durch den Spannungsteiler R₁, R lässt sich nun die Source-

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Spannung des Feldeffekttransistors einstellen. Zu diesem Zweck kann einer der beiden Widerstände einstellbar sein oder der Spannungsteiler als Potentiometer ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Source-Spannung im Vergleich zur Gate-Spannung des Feldeffekttransistors im Normalfall so eingestellt werden, dass die Schaltspannung den gewünschten Abstand von der Gate- Normalspannung hat. Bei Ueberschreitung dieser Schaltspannung schaltet der Feldeffekttransistor auf Durchgang und steuert eine Schalteinrichtung SCR₁ an, dessen Steuerelektrode mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist. Anstelle des dargestellten gesteuerten Halbleiters kann auch ein Transistorschalter oder eine äquivalente

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Schaltung treten. Nachteilig an diesem vorbekannten Ionisations-Brandmelder ist jedoch, dass zum Ansteuern des Schaltelementes SCR₁ eine genügende Leistung zur Verfügung stehen muss. Der im Alarmfall durch den Feldeffekttransistor FET₁ fliessende Strom darf daher nicht zu klein sein, d.h. der Widerstand R darf nicht zu gross

ebenfalls.

gewählt werden. Der Ruhestrom wird dabei'zu gross.

Es ist vorgeschlagen worden, diesen Nachteil dadurch zu beheben, dass die Source-Spannung des Feldeffekttransistors statt durch einen Spannungsteiler mittels einer Konstant Spannungsquelle, z. B. einer Zenerdiode im Source-Pfad des Feldeffekttransistors eingestellt wird. Die Zenerspannung wird so gewählt, dass die Zenerdiode im Normalfall nur einen geringen Strom zieht, im Alarmfall jedoch auf Durchgang schaltet, wobei sich an der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors die konstante Zenerspannung einstellt, wodurch ein konstanter Schaltpunkt und eine ausreichende Schaltleistung gewährleistet ist. Nachteilig ist, dass diese Zenerspannung nicht einstellbar ist. Die Empfindlichkeit eines solchen Ionisations-Brandmelders konnte also nicht verändert und den Bedürfnissen angepasst werden.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines Ionisations-Brandmelders, welcher einerseits einen ausserordentlich kleinen Ruhestrom aufweist, dessen Empfindlichkeit sich jedoch gleichzeitig auf einfache Weise einstellen lässt.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden in Serie geschalteten Ionisationskammern zwischen eine spannungsführende Leitung und den Abgriff eines zwischen den Leitungen liegenden Spannungsteilers angeschlossen sind und dass gleichzeitig eine Elektrode des FeldeffekttraxosIstorsYmif aer gleiche» spannungsführendenLeitung und die andere Elektrode über eine Zenerdiode mit vorgegebener Zenerspannung mit der anderen spannungsführenden Leitung verbunden ist.

In Fig. 2 ist die Schaltung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wiedergegeben.

Die beiden Ionisationskammern CH^ und CfL sind in Serie geschaltet, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt mit der Gate-Elektrode G des Feldeffekttransistors FET2 verbunden ist. Während die Ionisationskammer CH-, eine geringe Rauchempfindlichkeit besitzt, z.B. infolge weitgehender Abschliessung von der Aussenatmosphäre oder durch Ausbildung als gesättigte Ionisationskammer, steigt der Widerstand der Ionisationskammer CH2 im Brandfall, d. h. bei Eindringen von rauchhaltiger Luft in die Kammer, an,und die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors FET2 steigt ebenfalls. Der Feldeffekttransistor ist beispielsweise als P-Channel-Enhancement-MOS-FET ausgebildet, oder als äquivalenter Typ, so dass er bei niedriger Source-Gate-Spannung gesperrt ist und bei einer -Sour ce-G ate-Spannung von einigen Volt leitend wird. Die Einstellung des Schaltpunktes geschieht durch eine zwischen der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors FET2 und dem Anschluss P4 angeordneten Zenerdiode . Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors ist zur

Strombegrenzung über einen Widerstand R4 mit dem

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anderen Anschluss P verbunden. Die beiden in Serie geschalteten Ionisationskammern CH₁ und CH sind nun an einer Seite mit dem

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gleichen Anschluss P verbunden, während die andere Seite an den Abgriff eines aus den Widerständen R_ und R bestehenden Spannungs-

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teilers angeschlossen sind, welcher zwischen den Anschlüssen P und P. liegt. Wenigstens einer der beiden Widerstände R und R kann einstellbar oder austauschbar sein oder zu einem der beiden Widerstände können Parallel-Widerstände einschaltbar sein. Es ist auch möglich, den Spannungsteiler als Potentiometer mit variablem Mittelabgriff oder mit mehreren umschaltbaren Abgriffen auszubilden. Der Widerstand R dient weiter zur Erzeugung eines Spannungsabfalls im Alarmfall, so dass ein zwischen den Anschlüssen P und P liegender elektronischer Schalter SCR von der Drain-Elektrode

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D des Feldeffekttransistors angesteuert werden kann.

Mit der beschriebenen Schaltung kann erreicht werden, dass einerseits der durch den Feldeffekttransistor FET und die Zenerdiode

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D im Ruhzustand flies sende Strom aus serordentlich klein gehalten werden kann. Da im Alarmfall die Zenerdiode jedoch auf Durchgang schaltet, ist die Leistung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters jedoch völlig ausreichend. Andererseits ist trotz der festen Zenerspannung der Diode die Empfindlichkeit oder der Schaltpunkt einstellbar, und zwar nicht durch Veränderung der Source-Spannung des Feldeffekttransistors wie bei den vorbekannten Ionisations-Brand-

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meidern, sondern durch Einstellung der Gate-Spannung. Der zu diesem Zweck verwendete Spannungsteiler kann aus ser ordentlich hochohmig ausgebildet sein, da er im Alärmfall keine Leistung zu liefern hat. Der Gesamtruhestrom des Ionisations-Brandmelders kann auf diese Weise also aus ser ordentlich klein gehalten werden, so dass viele derartige Ionisations-Brandmelder parallel geschaltet werden können, ohne dass der Gesamtruhestrom unzulässige Werte annimmt.

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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ( 1) /ronisations-Brandmelder mit zwei in Serie geschalteten lonisationskaromern, deren Verbindungspunkt an die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors angeschlossen ist, und welcher mit gleichspannungsführenden Leitungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden in Serie geschalteten Ionisationskammern zwischen eine spannungsführende Leitung (P₃) und den Abgriff eines zwischen den Leitungen liegenden Spannungsteilers (R₅-Rg) angeschlossen sind und daß gleichzeitig eine Elektrode (D) des Feldeffekttransistors ggf. Ober einen Widerstand (R.) an die gleiche spannungsführende Leitung (P₃) und dessen andere Elektrode (S) über eine Zenerdiode (D₂) mit vorfoestimmter Zenerspannung an die andere spannungsführende Leitung CP₄) angeschlossen ist.
2. 2) lonisations-Brandinelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R₅-Rg) wenigstens einen einstellbaren oder austauschbaren Widerstand (R_g) aufweist.
3. 3) Ionisations-Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler wahlweise parallel geschaltete Widerstände aufweist.
4. 4) Ionisations-Brandmelder nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttr
   Enhancement-MOS-FET ausgebildet ist.

   gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (FET„) als P-Channel-
5. 5) Ionisations-Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ionisationskammern CC^?) luftzugänglich ist und daß die andere IonisationskaBaeer (CEL) in Sättigung arbeitet.

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