DE2546970B2 - Ionisations-Rauchmelder - Google Patents
Ionisations-RauchmelderInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem lonisations-Rauchmelder nach dem Ooerbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Ionisations-Rauchmelder ist aus der
DE-OS 21 21 382 bekannt. Hierbei sind eine für die Umgebungsluft zugängliche, die erste Hauptelektrode
enthaltende Meßkammer sowie eine gegenüber der Umgehungsluft stärker abgeschlossene, elektrisch in
Reihe mit der Meßkammer geschaltete, die zweite Hauptelektrode enthaltende Referenzkammer gebildet.
Auf der ersten Hauptelektrode und auf einer in der Refcren/.kammer vorgesehenen, mit der Meßelektrode
der Meßkammer elektrisch verbundenen weiteren Meßelektrode ist jeweils eine radioaktive Strahlungsquelle angeordnet, die eine Ak vität von jeweils 0,1 \iC
oder einem weitaus geringeren Wert aufweisen, so daß
die Gesamtaktivität 0,2 μϋ oder wesentlich weniger
beträgt Unter einer gegenüber 0,2 μθ wesentlich
geringeren Gesamtaktivität verstand der Fachmann s dabei eine Gesamtaktivität bis herab zu annähernd
0,06 μθ; noch geringere Gesamtaktivitäten waren deshalb nicht vorstellbar, weil bei derart geringen
Aktivitäten die die Kammern durchfließenden Ionisationsströme in diejenige Größenordnung kommen, in
ίο der die durch mangelnde Isolation und Verschmutzung
bedingten Restströme liegen, die über den Eingangsanschluß des Feldeffekttransistors fließen; es mußte
befürchtet werden, daß diese Restströme eine noch weitere Absenkung der Aktivitäten der Strahlungsquel
len unmöglich machen würden.
Es ist weiter aus der CH-PS 5 06 149 ein lonisations-Rauchmelder ähnlich der eingangs genannten Art
bekannt, bei dem die mit einer kreisrunden Öffnung für die Strahlung der Strahlungsquelle versehene Meßelek
trode zwischen der Stirnseite der zylindrisch-becherför
mig ausgebildeten ersten Hauptelektrode und der innerhalb der Ionisationskammer angeordneten und die
bandförmige Strahlungsquelle tragenden zweiten Hauptelektrode in geringerem Abstand zur zweiten
Hauptelektrode als zur ersten Hauptelektrode liegt Die auf der zweiten Hauptelektrode angeordnete Strahlungsquelle ionisiert hierbei sowohl die Meßkammer als
auch die Referenzkammer, wodurch die erforderliche Aktivität zur Ionisierung beider Kammern herabgesetzt
ist. Die in der Mittelelektrode vorgesehene Öffnung ist dabei so klein gehalten, daß sie den Durchtritt von
Rauch von der Meßkammer zur Referenzkamnver behindert. Bei dieser geringen Größe der Öffnung führt
eine Verstaubung des innenrandes der Öffnung bereits
zu einer prozentual großen Verringerung der Ionisation
der Meßkammer. Hierdurch kann fälschlich ein Meldesignal erzeugt werden. Eine Vergrößerung der
Öffnung der Meßelektrode bei dem bekannten Rauchmelder mußte dem Fachmann un.rweckmäßig erschei-
nen, da dann befürch'.et werden mußte, daß die Strahlungsquelle einer Verstaubung zugänglich ist und
hierdurch die sichere Funktion des Rauchmelders beeinträchtigt wird.
Ionisations-Raucl.meider der eingangs genannten Art in
baulich unaufwendiger Weise so weiterzubilden, daß einerseits die Gesamtaktivität sehr gering ist und daß
andererseits trotzdem der Rauchmelder gegen die Auswirkungen von Verschmutzungen unempfindlich ist.
gelöst, daß ein lonisations-Rauchmelder der eingangs
genannten Art mit den im Kennzeichenteil des
kommt mit einer äußerst geringen Gesamtaktivität, nämlich annähernd 0,02 uC, aus. Die Ausbildung der
Meßelektrode mit einer Öffnung derart, daß die auf der zweiten Hauptelektrode angeordnete radioaktive
Strahlungsquelle Meßkammer und Referenzkammer
ionisiert, macht in an sich bekannter Weise eine
Verringerung der Gesamtaktivität möglich. Diese Verringerung ist jedoch gegenüber dem Stand Her
Technik besonders ausgeprägt, dadurch, daß eine besonders große Öffnung der Meßelektrode gewählt ist,
Ί5 durch die hindurch der größere Anteil der Strahlung der
Strahlungsquelle in die Meßkammer gelangt. Hierdurch wird anders als bei einer kleinen Öffnung die
MeDkammer im größten Teil ihres Gesamtvolumens
ionisiert, so daß zu dieser Ionisierung eine wesentlich
geringere Aktivität gegenüber dem Fall erforderlich ist, daß nur ein geringer Teil des Volumens der Meßkammer
durch eine kleine öffnung in der Meßelektrode hin durchionisiert wird. Weiter hat die relativ große
öffnung der Meßelektrode den Vorteil, daß sich an ihrem Innenrand absetzende Staubpartikel den Gesamt-Durchtrittsquerschnitt
der öffnung praktisch nicht beeinflussew und daher die Ionisierung des Volumens
der Meßkammer praktisch nicht verringern. Obwohl die ι ο
gegenüber dem Stand der Technik vergrößerte öffnung in der Meßelektrode eine gewisse Verschmutzung der
Strahlungsquelle und damit eine Abnahme der Strahlung bewirken kann, hat sich jedoch gezeigt, daß diese
Abnahme bin der Praxis unbeachtlich oder nicht stärker \ als bei Rauchmeldern nach dem Stand der Technik ist,
was vermutlich darauf zurückzuführen ist, daß die Ionisation der Meßkammer und der Referenzkammer
bei einer Verstaubung der Strahlungsquelle in prozentual annähernd gleicher Weise abnimmt Schließlich wird
durch die Einstellung des Spannungsteilers derart, daß das Potential seines Abgriffs dem Potential der
Meßelektrode im Ruhezustand gleicht, im Ruhezustand ein Potentialunterschied zwischen der Steuerelektrode
und den Hauptelektroden des Feldeffekttransistors praktisch vermieden, so daß auch ein Reststrom nicht
fließen kann, der die Ströme in Meßkammer und Referenzkammer verfälschen würde. Außerdem ergibt
sich hierdurch der Vorteil, daß der Einfluß von Klimaveränderungen auf den Melder weitgehend jo
vermieden wird, da ein solcher Reststrom temperaturabhängig und wegen seiner Abhängigkeit von dem
Isolationswiderstand des Feldeffekttransistors auch durch Feuchtigkeitsniederschläge beeinflußbar ist
Als besonders zweckmäßig für die Empfindlichkeit des lonisations-Rauchmelders hat es sich erwiesen,
wenn der Abstand der Meßelektrode von der die radioaktive Strahlungsquelle tragenden zweiten Hauptelektrode
derart gewählt ist, daß zwischen beiden im Ruhezustand annähernd 30% der Spannung der -in
Gleichspannungsquelle abfällt.
Die Erfindung wird im folgendem anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt
Fig. 1 einen Ionisations-Rauchmelder gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, teilweise im
Querschnitt;
F i g. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise des Melders gemäß F i g. 1.
Der in F i g. 1 schematisch dargestellte Rauchmelder weist einen radialsymmetrischen Aufbau auf. An einem
zweiteiligen, isolierenden, einen Innenraum Hi aufweisenden
Sockel 12 ist konzentrisch zu ihm eine im folgenden als Außenelektrode bezeichnete, erste
Hauptelektrode 16 angebracht. Innerhalb von dieser ist « koaxial und in Abstand zu ihr in der Mitte des Sockels 12
eine zweite Hauptelektrode, die Außenelektrode 16, gehalten. Die Außenelektrode 16 weist einen senkrecht
zur Achsrichtung des Melders und parallel zur Innenelektrode 14 liegenden, kreisscheibenförmigen ω
Boden 18 und eine zylindrische, sich vom Boden 18 annähernd bis zur Ebene der Innenelektrode 14
erstreckende Außenwand 20 auf, deren Innenseiten den aktiven Bereich der Außenelektrode 16 bilden. An dem
dem Sockel Yt rjgewandten Rand der Außenwand 20 μ
schließt sich radial nach außen ein kreisringförmigar Flansch 22 an, in dem eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen
24 für die Umgebungsluft gebildet sind, und an den Außenrand des Flansches 22 schließt weiter ein
zylindrischer, sich zum Sockel 12 erstreckender Wandteil 26 an. Die Eintrittsöffnungen 24 sind auf der
Innenseite der Außenelektrode 16 mii einem luftdurchlässigen
Metallgitter 28 abgedeckt
Sockel 12 und Außenelektrode 16 umschließen eine Ionisationskammer, deren aktiver Bereich vom Boden
18 und der Außenwand 20 der Außenelektrode 16 umschlossen ist und von einem radioaktiven Strahler 30
ionisiert wird. Der Strahler 30 ist auf der der Außenelektrode 16 zugewandten Seite der Innenelektrode
14 in deren Mitte angebracht und hat eine Aktivität von annähernd 0,02 μθ. Er hat die Form eines
langgestreckten Bändchens init einer Länge von 12 mm, das an seinen beiden Enden von radioaktiven Material
freie Befestigungsstellen aufweist so daß die effektive Länge 9 mm beträgt
Zwischen Innenelektrode 14 und Außenelektrode 16 ist eine Meßelektrode 32 angeordnet Sie hat eine
annähernd zylindrisch-becherff- ;nige Gestalt umgibt
die Inneneiektrode 14 in einem ad itand und sitzt mit
ihrer offenen Stirnseite auf dem Isolator 12 auf. Die Meßelektrode 32 besteht aus einem becherförmigen
Innenteil 34 mit kugelkalottenförmig-konkaver Stirnseite 3-S sowie aus einem zylindrischen Außenteil 38, dessen
eines Ende über die Stirnseite 36 hinaus als Rand 40 auf den Boden 18 der Außenelektrode 16 hin vorsteht
Die Meßelektrode 32 unterteilt die Ionisationskammer in eine zwischen Meßelektrode 32 und aktivem
Bereich der Außenelektrode 16 liegende Meßkammer 44 und eine zwischen Meßelektrode 32 und Innenelektrode
14 liegende Referenzkammer 46. Während die Referenzkammer 46 unmittelbar durch den Strahler 30
ionisiert wird, gelangt radiaktive Strahlung des Strahlers 30 durch eine kreisrunde öffnung 48 in der
Stirnseite 36 der Meßelektrode 32 hindurch in die Meßkammer 44. Der Strahlungskegel 50 des Strahlers
30 in der Referenzkammer sowie der dusch die als Strahlungsblende wirkende Öffnung 48 begrenzte, in die
Meßkammer 44 fallende Strahlungskegel 52 sind in der Zeichnung angedeutet. Die öffnung 48 ist mit einem
Durchmesser, der um 20% größer als die effektive Länge des Strahlers 30 ist, so groß bemessen, daß 80%
bis 95%, zweckmäßig 90%, der Strahlung des Strahlers 30 in die Meßkammer 44 gelangt. Die der Außenelektrode
16 zugekehrte Fläche der Innenelektrode 14 beträgt höchstens '/5 der Innenflächen von Boden 18 und
Außenwand 20.
Die Innenelektrode 14 ist an den negativen Po!, die Außenelektrode 18 an den positiven Pol einer nicht
gezeigten Spannungsquelle angeschlossen. Hierdurch herrscht /wischen 'nnenelektrode 14 und Außenelektrode
16 ein elektrisches Feld. Wegen der stark unterschiedlichen Größen von Innenelextrode 14 und
aktivem BereLh der Außenelektrode 16 herrscht in deren jeweiliger Umgebung eine stark unterschiedliche
elektrische Fslstärke. Die Meßelektrode 32 liegt mit der Stirnseite 3f ihres Innenteils 34 wesentlich näher an der
Innenelektrode 14 als mit dem Rand 40 ihres Außenteils 38 am Boden 18 der Außenelektrode 16 und nimmt
daher ein Potential an, das näher am Potential der Innenelektrode 14 als am Potentisl der Außenelektrode
16 liegt.
Fig. 2 zeigt den Potentialverlauf als gegenüber der
Innenelektrode i4 gemessene Spannung LJ zwischen
dem Ort atm der Innenelektrode 14 und dem Ort *;6 der
Außenelektrode 16 entlang der Achse des Melders bei einer Speisespannung von 12 V. Die Kurve Λ gibt den
Potentialverlauf im Ruhezustand wieder, d. h. bei Abwesenheit von Brandaerosolen in der Umgebungsluft
und damit in MeQkammer 44 und Referenzkammer 46.
Aufgrund der größeren elektrischen Feldstärke in der Umgebung der Innenelektrode 14 hat trotz der
geringen lonendichte in der Referenzkammer 46 die mit der Stirnseite 36 am Ort Xn befindliche Meßelektrode 32
ein Potential, das stärker von demjenigen der Innenelektrode 14 abweicht, als es bei linearer
Potentialverteilung in der Ionisationskammer zu erwarten wäre; die Ruhespannung zwischen Meßelektrode 32
und Innenelektrode 14 beträgt bei dem Au.sführungsbeispiel, wie aus F i g. 2 hervorgeht, 4 V.
Beim Eintritt von Rauch in die Meßkammer 44 und Referenzkammer 46 lagern sich die Rauchaerosolpartikel an die von der radioaktiven Strahlung erzeugten
Ionen an, verringern deren Beweglichkeit und haben daher die Wirkung, daß die Ionisationskammer hochoh
luigci wild. Diese Wirkung iSi jcuöch in der
Meßkammer 44 und Referenzkammer 46 stark unterschiedlich. Da nur etwa 10% der Strahlung des Strahlers
30 in der Referenzkammer 46 zur Erzeugung von Ionen zur Verfügung steht, so daß in dieser eine relativ geringe
lonendichte herrscht, und da weiter in der Referenzkammer 46 eine hohe Feldstärke herrscht, finden in
dieser relativ wenige Anlagerungsvorgänge zwischen Ionen und Rauchpartikeln statt, so daß sich der
Widerstand der Referenzkammer 46 nur unwesentlich oder praktisch nicht verändert. Dagegen herrscht in der
Meßkammer 44 sowohl eine niedrige elektrische Feldstärke als auch eine größere lonendichte, wodurch
die Anlagerungswahrscheinlichkeit gegenüber der Referenzkammer 46 wesentlich höher ist und der
Eintritt von Rauchpartikeln zu einer starken Widerstandsvergrößerung führt. Hierdurch ergibt sich der in
F i g. 2 durch die Kurve B wiedergegebene Potentialverlauf. Dieser hat ein starkes Absinken der Spannung der
Meßelektrode 32 gegenüber der Innenelektrode 14 zur Folge, was zur Erzeugung eines Meldesignals ausgenutzt wird.
Die Schaltung zur Erzeugung eines Meldesignals ist
im Raum 10 des Isolators 12 untergebracht und in F i g. 1 zur Verdeutlichung oberhalb der mechanischen Teile
des Melders dargestellt. Die Schaltungsanordnung weist einen Eingangs-Feldeffekttransistor 54 auf, an dessen
Steuerelektrode G die Meßelektrode 32 angeschlossen
ist. Die Quellenelektrode 5 liegt am Verbindungspunki
zweier Widerstände 56, 58, die als Spannungsteiler ar die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind unc
deren Widerstandswerte so gewählt sind, daß da; Potential der Quellenelektrode Sim Ruhezustand gleich
demjenigen der Steuerelektrode C ist. Der Feldeffekttransistor 54 ist vom selbstleitenden Verarmungstyp unc
daher im Ruhezustand leitend. Die Verwendung eines derartigen MOS-Feldeffekttransistors hat den Vorteil
daß im Ruhezustand kein Reststrom von der Meßelektrode 42 zu der Schaltungsanordnung fließt, wodurch
ausgeschlossen wird, daß hierdurch die Potentialverteilung in der Ionisationskammer gestört wird. Daneber
wird ein sehr hoher Eingangswiderstand der Schaltungsanordnung erzielt.
Die Abflußelektrode D des Feldeffekttransistors 54 ist über einen Lastwiderstand 60 mit dem positiven Pol
der Spannungsquelle verbunden, und die am Lastwider-
:n sehen Schalter 62. Wenn sich beim Eintritt von Rauch in
die Ionisationskammer das Potential der Meßelektrode 32 zu demjenigen dei Innenelektrode 14 hin verschiebt
wird beim Überschreiten eines Schwellenwertes dei Rauchdichte der Feldeffekttransistor 54 in einem Maß«
1I weniger stark leitend, daß der nunmehr verringert«
Spannungsabfall am Lastwiderstand 60 ausreicht, urr das Schließen des Schalters 62 zu bewirken. Der sich
dann übv;· den Schalter 62 ergebende Stromfluß dieni
als Meldesignal, das beispielsweise in einer entfern
j» angeordneten Zentrale Alarm auslösen kann.
Der SpannungsurUerschied zwischen Meßelektrod«
32 und Innenelektrode 14 betrügt im Ruhezustanc annähernd 30% der zwischen Innenelektrode 14 unc
Außenelektrode 16 liegenden Gleichspannung. Diesel
)"> Wert kann vor allem durch den Abstand zwischer
Innenelektrode 14 und Meßelektrode 32 beeinfluß werden.
Die Abwesenheit eines Reststroms von der Meßelek trode 32 zum Feldeffekttransistor 54 im Ruhezustanc
J" hat außer der Vermeidung einer Potentialverzerrunj
den weiteren Vorteil, daß der Einfluß von Klimaverän deruhgen auf den Melder weitgehend vermieden wird
da ein solcher Reststrom temperaturabhängig unc wegen seiner Abhängigkeit von dem Isolationswider
·»"> stand des Feldeffekttransistors 54 auch durch Feuchtig
keitsniederschläge und Staub beeinflußbar wäre.
Claims (2)
1. Ionisations-Rauchmelder mit einer Ionisationskammer, in der eine mit einem ersten Pol einer
Gleichspannungsquelle verbundene erste Hauptelektrode, eine radioaktive Strahlungsquelle und
eine Meßelektrode angeordnet sind, einer an einen zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen zweiten Hauptelektrode und einer das bei
Eintritt von Brandfolgeprodukten in die Ionisationskammer gegenüber dem Ruhezustand veränderliche
Potential der Meßelektrode auswertenden Schaltungsanordnung, die einen mit seiner Steuerelektrode unmittelbar an die Meßelektrode angeschlossenen, im Ruhezustand leitenden Feldeffekttransistor
vom selbstleitenden Verarmungstyp, dessen Abflußelektrode über einen Lastwiderstand an den ersten
Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, einen an der Gleichspannungsquelle hegenden
Spannungsteiler, dessen Abgriff mit der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist,
und einen Schalter umfaßt, der in Abhängigkeit von der an dem Lastwiderstand abfallenden Spannung
bei der beim Eintritt von Brandfolgeprodukten in die Ionisationskammer auftretenden Leitfähigkeitsverringerung des Feldeffekttransistors ein Meldesignal
abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer kreisrunden Öffnung (48) für die Strahlung
der Strahlungsquelle (30) versehene Meßelektrode (32) zwischen der Stirnseite (18) der zylindrisch-becherförn_g ausgebildeten ersten Hauptelektrode
(16) und der innerhalb der Ionisationskammer angeordneten und die bandförmige Strahlungsquelle
(30) tragenden zweiten Hauptelektrode (14) in geringerem Abstand zur zweiten Hauptelektrode
(16) als zur ersten Hauptelektrode (14) liegt, daß der Durchmesser der Öffnung (48) in der Meßelektrode
(32) bezüglich der Länge der Strahlungsquelle (30) so groß bemessen ist, daß 80% bis 95% der Strahlung
der eine Aktivität von annähernd 0,02 μ€ aufweisenden Strahlungsquelle (30) in die Meßkammer (44)
gelangt, und daß der Abgriff des Spannungsteilers (56,58) ein Potential aufweist, das dem Potential (xn)
der Meßelektrode (32) im Ruhezustand gleicht.
2. Ionisations-Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der
Meßelektrode (32) von der zweiten Hauptelektrode (14) derart gewählt ist, daß zwischen beiden im
Ruhezustand annähernd 30% der Spannung (U) der Gleichspannungsquelle abfällt.
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DE19752546970 DE2546970C3 (de) | 1975-10-20 | 1975-10-20 | Ionisations-Rauchmelder |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Family Cites Families (4)
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CH468683A (de) * | 1966-12-29 | 1969-02-15 | Cerberus Ag Werk Fuer Elektron | Feuermelder mit einer elektrischen Rückkopplungsanordnung |
GB1280304A (en) * | 1968-09-26 | 1972-07-05 | Hochiki Co | A smoke sensing detector for smoke sensing apparatus |
DE2121382A1 (de) * | 1971-04-30 | 1972-12-21 | Preussag Ag Feuerschutz | Iomsations Feuermelder |
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1975
- 1975-10-20 DE DE19752546970 patent/DE2546970C3/de not_active Expired
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DE2729879A1 (de) * | 1977-07-01 | 1979-01-18 | Hartwig Ing Grad Beyersdorf | Ionisations-brandmelder |
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