DE2603373A1

DE2603373A1 - Ionisationsdetektor

Info

Publication number: DE2603373A1
Application number: DE19762603373
Authority: DE
Inventors: Elias E Solomon
Original assignee: Gulf and Western Manufacturing Co
Current assignee: Gulf and Western Manufacturing Co
Priority date: 1975-07-07
Filing date: 1976-01-29
Publication date: 1977-01-13
Also published as: JPS5470800A; SE7601595L; FR2317765B1; SE417025B; DK139326C; FR2317765A1; ES444964A1; IT1066323B; US4021671A; DK51076A; CA1074461A; DK139326B; US4121105A; GB1542146A

Description

HOFFMANN & EITLE · PATENTANWÄLTE Z D U O 0 /

D-8000 MDNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 (STERNHAUS) · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

27 681

GuIf & Western Manufacturing Company (Systems)

Ionisationsdetektor

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Ionisationsdetektor und insbesondere auf eine, eine Beta-Strahlenquelle verwendende Vorrichtung zum Feststellen von Feuer.

Es sind zahlreiche unterschiedliche Bauarten für Feueralarm-Ionisationsvorrichtungen bekannt. Diese Detektoren bestehen gewöhnlich aus einer oder zwei Kammern und einer oder zwei radioaktiven Quellen. Die Vorrichtungen arbeiten auf dem Grundprinzip, dass sich eine Änderung im Ionisationsstrom innerhalb der Kammer einstellt, wenn Verbrennungsprodukte und Aerosole in der Atmosphäre, in dar der Detektor angeordnet ist, festgestellt werden.

609862/1009

Die meisten Detektoren, einschliesslich praktisch sämtlicher handelsüblicher Detektoren, verwenden eine Alpha-Strahlenquelle, wie beispielsweise Americium 241. Obschon diese Sensoren praktisch angewendet werden und für Feuererfassungssysteme in weitem Einsatz sind, ist es bekannt, dass Alpha-Partikel wesentlich gefährlicher als Beta-Partikel sind. Man geht allerdings davon aus, dass die Strahlung normalerweise in der Ionisationskammer eingehalten wird, und dass daher kein diesbezügliches Problem vorliegt. Es sind jedoch Fälle aufgetreten, bei denen ein solche Alpha-Partikel verwendender Detektor eine Gefahr geworden ist. Beispielsweise sind Situationen nach Bränden aufgetreten, bei denen die Detektoren im Abraum verloren gegangen sind; daher bedeutet die Beseitigung des Abraums ein Problem.

Um solche Vorrichtungen sicherer zu machen, erscheint es daher wünschenswert, einen Detektor zu bauen, der eine Beta-Strahlenquelle mit niedriger Aktivität verwendet. Schon in den US-Patentschriften 3 573 777, 3 271 756, 3 295 121 und 3 56o 737 wird eine Beta-Strahlungsquelle als mögliche Strahlungsquelle für Ionisationsdetektoren erwähnt. Grundsätzlich kann man jedoch sagen, dass gegenwärtig kein Detektor verfügbar ist, der eine solche Beta-Strahlungsquelle verwendet. Es lassen sich viele Faktoren aufzählen, die diesen fehlenden Einsatz von Beta-Quellen begründen. Im allgemeinen waren die bislang in Erwägung gezogenen Beta-Quellen von hochaktiver Bauart und daher nicht geeignet, um kompakte Detektoren aufzubauen. Andere Beta-Quellen, wie beispielsweise Tritium, haben eine kurze Halbzeit und bereiten mechanische Probleme, wie die Wanderung. Daher sind diese Detektoren nicht zum Einsatz für die Ionisationserfassung geeignet. Erfindungsgemäss wird vorzugsweise eine Beta-Quelle mit niedriger Aktivität, ζ v.B. Nickel 63 verwendet.

S098S2/1ÖÖ9

Ein weiteres, bislang mit dem Einsatz von Beta-Quellen verbundenes Problem liegt in dem extrem niedrigen Ionisationsstrom, der bei solchen Detektoren verfügbar ist. Dies führt gewöhnlich zu Schwierigkeiten bei dem zugehörigen elektronischen Schaltungsaufbau und ferner entstehen damit Probleme hinsichtlich der Erfassung von externen Geräuschsignalen. Erfindungsgemäss verringert die Auslegung der Kammeranordnung und die Wahl der Schaltanordnung in hohem Masse das mit dem niedrigen Ionisationsstrom verbundene Problem.

Ein weiteres, mit bekannten Ionisationsdetektoren verbundenes Problem besteht darin, dass wegen des Einsatzes der Detektoren in verschiedenen Umgebungen es schwierig ist, einen Detektor herzustellen, der in allen Umgebungen in geeigneter Weise arbeitet, ohne dass eine Feldeinstellung notwendig ist. Viele der bekannten Detektoren waren gegenüber Änderungen in der Feuchtigkeit und Luftdichte anfällig, die die Empfindlichkeit des Detektors nachteilig beeinträchtigten. Ein weiteres, mit bekannten,radioaktive Quellen verwendende Detektoren verbundenes Problem ist die Toleranz der Quelle selbst. Während die Abmessungen in der Kammer auf einer sehr engen Toleranz gehalten werden können, unterscheidet sich die Radioaktivität von Quelle zu Quelle.

Beispielsweise beschreiben die US-Patentschriften 3 295 121 und 3 271 756 eine Einrichtung, um die Spannungen am Ausgang der Ionsiationskammer einstellen zu können. Diese Einrichtungen laufen jedoch auf eine Änderung der Kammergeometrie oder auf eine Einstellung des Abstands der Elektroden hinaus. Dies stellt eine komplizierte mechanische Einstellung dar und führt nicht zu dem Ausmass an Steuermöglichkeit, die durch die erfindungsgemässe Einstelleinrichtung erhalten wird.. Mit der einstellbaren

609802/1009

Elektrode nach der Erfindung können die Detektoren mit grossen Unterschieden in den Quellen von Detektor zu Detektor versehen werden.

Demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, eine sichere und zuverlässige Vorrichtung zum Erfassen von Verbrennungsprodukten und Aerosolen in einem Gas,gewöhnlich der Atmosphäre, zu schaffen. Ein solcher Detektor soll einfach herzustellen und zur Erzielung einer optimalen Arbeitsweise einfach einzustellen sein. Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch gelöst, dass vorgesehen sind: eine, wenigstens eine Kammer bildende Anordnung mit einer Einrichtung zur Aufnahme von Gasen von ausserhalb der Kammer; wenigstens ein Paar feste , der Kammer zugeordnete , voneinander in Abstand liegende Elektroden; eine eine radioaktive Quelle enthaltende Einrichtung, die in der Kammer zum Aufbau eines Ionisationsstromes in der Kammer zwischen den festen Elektroden angeordnet ist? eine in der Kammer zwischen den festen Elektroden angeordnete, einstellbare Elektrode, die zur Änderung des Ionisationsstromes drehbar ist, und eine mit einer der festen Elektroden verbundene Einrichtung zum Erfasseivon Änderungen im Ionisationsstrom.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 1o aufgeführt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Ionisationsdetektors mit einer Doppelkammerbauweise, wobei eine der Kammern die Grundmesskammer bildet, und zwischen den Kammern eine Verbindung vorliegt, so dass geringe Umgebungsänderungen kompensiert werden. Die Messkammer steht vorzugsweise sowohl mit der sekundären Kammer als auch mit der Aussenatmosphäre um die Kammeranordnung in Verbindung.

Ein solcher erfindungsgemässer Ionisationsdetektor ist

609882/1009

gekennzeichnet durch eine Kammeranordnung mit einer Einrichtung, die eine erste Kammer mit Mitteln zur Aufnahme von Gasen von ausserhalb der ersten Kammer bildet, mit einer Einrichtung, die eine zweite Kammer mit Mitteln zur Aufnahme von Gasen von ausserhalb der zweiten Kammer bildet, und mit einer Einrichtung zur Verbindung der Gase zwischen den Kammern; eine in jeder Kammer in Abstand voneinander liegende■ feste- Elektrode ; eine eine radioaktive Quelle enthaltende Einrichtung, die in wenigstens der ersten Kammer angeordnet ist, um in der Kammeranordnung einen Ionisationsstrom aufzubauen; eine in der ersten Kammer zur Einstellung des Ionisationsstromes vorgesehene, einstellbare Elektrode und eine mit der festen Elektrodeneinrichtung verbundene Einrichtung: zur Erfassung von Änderungen im Ionisationsstrom.

Weiterbildungen hiervon sind in den Ansprüchen 12 bis 16 aufgeführt.

Mit der Erfindung ist weiter eine einfache Einrichtung zum Einstellen der von der Ionisationskammer verfügbaren Spannungen geschaffen worden. Zu diesem Zweck ist eine zusätzliche Einstellelektrode innerhalb der Ionisationskammer vorgesehen. Tatsächlich kann eine einstellbare Elektrode in jeder Kammer verwendet werden, falls eine Zweikammerbauweise vorgesehen ist. Mit der Erfindung ist auch eine Ionisationskammeranordnung geschaffen worden, die Ablenkbleche aufweist, um die zu untersuchende Luft auszurichten, und ferner weist diese Anordnung eine elektrostatische Abschirmung für die Ionisationskammer oder -kammern auf.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer besonderen elektronischen Schaltung, die eine preisgünstige und zuverlässige Einrichtung bildet, um die Signaländerung zu

609882/1009

erfassen, die in der Ionisationskammer eintritt.

Eine solche Schaltung ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufnahme eines Signals von einer Elektrode der Kammer; eine erste, eine Oszillatorschaltung und eine Lichtquelle enthaltende Schalteinrichtung, die mit der Empfangseinrichtung gekuppelt und so betätigbar ist, dass die Lichtquelle während eines Alarm- oder Nichtalarm-Zustandes in einer eingestellten Wiederholungsrate aufleuchtet; und eine zweite, eine Verzögerungsschaltung und eine Trigger-Schaltung enthaltende Schalteinrichtung, die mit der Empfangseinrichtung gekuppelt und so betätigbar ist, dass die Trigger-Schaltung getriggert wird, wenn ein Alarmzustand vorliegt.

Weiterbildungen der Schaltung sind in den Ansprüchen 18 und 19 aufgeführt.

Mit der Erfindung ist auch eine Einrichtung zum Einstellen des Entscheidungsniveaus für die erfindungsgemässe Schaltung geschaffen worden, so dass irgendeine gewünschte Empfindlichkeitseinstellung möglich ist. Der erfindungsgemässen Schaltung können Mittel zugeordnet werden, die eine visuelle Anzeige der in der Ionisationskammeranordnung vorliegenden Verhältnisse geben.

Zusammengefasst besteht der erfindungsgemässe Ionisationsdetektor generell aus einer Kammeranordnung mit einer Einrichtung, die eine erste und zweite Kammer definiert. Der Detektor besitzt zugehörige erste und zweite, vorzugsweise plattenartige Elektroden und eine gemeinsame Elektrode, die die erste von der zweiten Kammer trennt. Zwischen diesen Kammern ist vorzugsweise? mit einer Kanalanordnung eine Verbindung hergestellt, und jede Kammer hat auch vorzugsweise eine Kanalanordnung, welche ein Verbindung mit der Umgebungsatmosphäre herstellt.

609882/1009

— *7 —·

Eine oder beide Kammern können eine Quelle, vorzugsweise aus Beta-Partikeln, enthalten. Der Detektor weist auch eine einstellbare Elektrode auf, die in einer der Kammernvorgesehen ist und dazu dient, die Spannung zwischen der festen Elektrode dieser Kammer und der gemeinsamen Elektrode zwischen den Kammern einzustellen. Die Elektroden der Kamraeranordnung sind mit einem Erfassungsschaltkreis verbunden, der eine Änderung im Ionisationsstrom erfasst, wenn ein Feueralarmzustand vorliegt. Der erfindungsgemässe, einzigartige Erfassungsschaltkreis umfasst eine Relaxationsoszillatorschaltung mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor und einer Leuchtdiode. Der Schaltkreis weist ferner eine zweite, programmierbare Unijunction-Transistorschaltung mit einer dieser zugeordneten Verzögerungseinrichtung auf, der die grundlegende Alarmfeststellung besorgt. Die erste Oszillatorschaltung, die die Leuchtdiode enthält, dient primär dazu, den ordnungsgemässen Betrieb der Kammeranordnung festzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht von einem Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemässen Detektor,

Fig. 2 eine geschnittene Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel für den Detektor,

Fig. 3 eine geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie 3-3 nach Fig. 2,

609882/1009

Fig. 4 eine geschnittene Ansicht von einem leicht abgeänderten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine etwas schematisierte, geschnittene Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer anderen einstellbaren Elektrode, und

Fig. 6 einen dem erfindungsgemässen Detektor zugeordneten Schaltkreis.

Der erfindungsgemässe Kammeraufbau setzt sich aus zwei separaten Abschnitten zusammen und ist vorzugsweise mit drei separaten, festen Elektroden oder Platten versehen. Zusätzlich zu den festen Elektroden hat eine der Kammern eine sich darin erstreckende einstellbare Elektrode, die in Form einer Feineinstellschraube oder einer Einstellplatte ausgebildet sein kann.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Kammeraufbau mit einem isolierten Zylinder 1o, einer oberen, leitenden Platte 12, einer unteren, leitenden Platte 14 und einer dazwischenliegenden leitenden Platte 16. Der Zylinder 1o wird in geeigneter Weise in einer gedruckten Schalttafel 18 mit einer darin vorgesehenen öffnung angemessener Grosse zur Aufnahme des Zylinders 1o gehalten. Die gedruckte Schalttafel 18 hat Anschlüsse zur Aufnahme der Verbindungen von dem Kammeraufbau. Die Platten und der Zylinder bilden eine untere Kammer 2o und eine obere Kammer 22. An seinem unteren Ende weist der Zylinder eine Vielzahl von Schlitzen 24 auf, so dass die Kammer 2o faktisch zur Aussenumgebung offen ist und damit eine freie Luftbewegung durch die Kammer 2ο gegeben ist. Die Kammer 22 enthält andererseits eine oder mehrere öffnungen 26,mittels denen irgendwelche geringe Änderungen in

609882/1009

der Aussenumgebung in Verbindung mit der Kammer 22 treten können. Des weiteren sind Passagen in der Platte 16 vorgesehen, so dass Änderungen in der Umgebung in der Kammer auf die Kammer 22 umgelegt werden. Auf diese Weise werden geringe Variationen von dem erfindungsgemässen Kammeraufbau nicht erfasst.

Vorzugsweise befindet sich eine Quelle 28 in der Kammer 2o und eine Quelle 3o in der Kammer 22. Wenn als Alternative nur eine Quelle vorgesehen wird, wird vorzugsweise die in der Kammer 2o angeordnete Quelle 28 verwendet. Vorzugseise wird die Quelle in der Kammer verwendet, die auch die einstellbare Elektrode enthält.

Der Kammeraufbau kann von einem isolierten Grundteil 32 mit einem Maschengitter oder einer Abschirmung 34 getragen werden, die in Abstand davon um den Zylinder 1o gehalten ist. Diese Abschirmung verhindert eine Hochfrequenz-und statische Aufladung. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sei darauf hingewiesen, dass die Platte oder Elektrode 14 leitend mit der Abschirmung 34 verbunden ist.

Fig. 1 zeigt auch ein Ablenkblech 36, das in geeigneter Weise an dem Trägergrundteil 32 befestigt ist. Dieses Ablenkblech 36 richtet den Luftstrom und begrenzt auch die"zum · Detektor gelangende Luftströmung. Der Detektor wird mittels Tragsäulen 38 und 4o gehalten, die beide hohl sein können. Diese Tragsäulen tragen die gedruckte Schalttafel 18 an gegenüberliegenden Enden von einem Haupttragrahmen 42 aus. Die Säulen 38 und 4o können sich dadurch erstreckende Drähte aufweisen, so dass zwischen dem Kammeraufbau und einem in Verbindung mit Fig. 6 nachfolgend erläuterten elektrischen Schaltkreis Verbindungen hergestellt werden können.

609882/1009

- 1ο -

Wie zuvor erwähnt, besteht ein mit Detektoren, die radioaktive Quellen verwenden, verbundenes Problem in der Toleranz der Quelle. Während die Abmessungen in der Kammer auf einer sehr engeiToleranz gehalten werden können, unterscheidet sich die Strahlungsaktivität charakteristisch von Quelle zu Quelle. Erfindungsgemäss sind Einstellmittel vorgesehen, um die Detektoren mit einem weiten Änderungsbereich für die verwendete Quelle ausrüsten zu können. Zu diesem Zweck wird eine besondere Einstellelektrode 44 verwendet. Diese Elektrode hat ein Schraubgewinde, das von einer Schraubmutter aufgenommen wird. Die Mutter ist in geeigneter Weise in der den Zylinder 1o bildenden Wand gehalten. Die Elektrode kann elektrisch mit irgendeiner der Kollektroplatten 12, 14 oder 16 oder sogar mit einer separaten Referenzspannung verbunden werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 44 entweder an die Platte 12 oder an die Platte 14 angeschlossen. Aus Fig. 1 ist weiter zu entnehmen, dass die Elektrode mit der Platte 14 verbunden ist, und dass sie auch leitend an einer Stelle an der gedruckten Schalttafel 18 angeschlossen ist.

Die Elektrode 44 erstreckt sich in die Ionisationskammer 2o über eine bestimmte We'gstrecke. Auf diese Weise werden die Elektronen durch die einstellbare Elektrode eingefangen und die Spannung zwischen den Platten 14 und 16 wird folglich vergrössert. Wie zuvor erwähnt, kann die Elektrode lediglich eine Einstellschraube sein, die so eingestellt wird, dass sie in die Kammer bis zu unterschiedlichen Tiefen eindringt. Je weiter die Elektrode in die Kammer hineinragt, desto mehr Elektronen werden eingefangen und desto mehr nimmt die Spannung zwischen den Platten 14 und 16 zu. Mit Hilfe dieser einstellbaren Elektrode ist es daher möglich, das Spannungsniveau zwischen den Platten 14 und 16 auf einen optimalen Wert feineinzustellen, wobei der optimale Wert vorzugsweise bei 1/2 der

609882/1009

Speisespannung liegt.

In Fig. 2 bis 6 sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. zur Kennzeichnung gleicher Teile verwendet. So zeigt beispielsweise Fig. 4 die gedruckte Schalttafel 18, den Isolierzylinder 1o, die Platten 12, 14 und 16 und die Kammern 2o und Die Kammer 2o besitzt eine Reihe von länglichen Schlitzen Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Quellen 28 und 3o in den betreffenden Kammern 2o und 22 angeordnet. Die Einstellelektrode 44 ist die gleiche, wie bei Fig. 1 und auch entspricht der grundsätzliche Kammeraufbau demjenigen nach Fig. 1. In Fig. 1 endet die untere Platte 14 jedoch in Ablenkenden 46 und 68 mit jeweils darin vorgesehenen Perforationen. Die Anordnung nach Fig. 4 und in den anderen Fig. hat grundsätzlich eine zylindrische Form, wie sie durch den äusseren ... Kragen 5o gegeben ist. Der : Kragen hat auch ein oder mehrere öffnungen 52, mittels denen ein Ausgleich bei geringen Änderungen zwischen der Aussenumgebung un der Umgebung im Inneren des ' Kragens 5o erzielt wird. Die Ablenkenden sind im wesentlichen konzentrisch um die Kammer angeordnet. Die Anordnung, einschliesslich der nach unten sich erstreckenden Wand 51 des Kragens 5o verhindert eine direkte, horizontale oder vertikale Luftbewegung in die Kammer 2o.

Fig. 2 und 3 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel wird durch die gedruckte Schalttafel 18 getragen und umfasst die Grundplatte 14 und eine zugehörige Quelle 28. Des weiteren sind die zwischenliegende .Platte 16, die zugehörige Quelle 3o und Kappen 55 und vorgesehen. Die Platte 16 hat wenigstens einen sich dadurch erstreckenden Durchlasskanal, der eine Verbindung zwischen den Kammern 2o und 22 herstellt. Ein Isolierring 58 trennt

609882/1009

die Platte 16 von dem Abschnitt 59 der gedruckten Schalttafel. Ein Ring 62 erstreckt sich unterhalb der Tafel 18 und trägt ein Drahtmaschenwerk 64, das zwischen dem Ring 62 und dem tragenden Grundteil 14 liegt. Ein kreisförmiger Gleitring 66 sitzt in dem Grundteil 14 und hat eine Öffnung 67, die zu der Öffnung 69 (vgl. Fig. 3) ausgerichtet werden kann, so dass zur Reinigung oder zum Austausch der darin enthaltenen Quelle 28 ein Zutritt in die Kammer 2o möglich ist.

Die Kappe 55 kann aus einem kompakten Metall oder aus einem Metallgitter bestehen. Die Kappe ist mit dem Abschnitt 59 der gedruckten Schalttafel verlötet. Die Kappe 56 stellt vorzugsweise ein Metallgitter mit drei unteren Nasen 6o dar, die in Bohrungen in der gedruckten Schalttafel 18 eingesetzt sind. Der Ring 62 steht, wie gezeigt in Eingriff mit den Nasen 6o, so dass die Kappe 56 und der Ring 62 (als auch das Gitter 64) in elektrischer Verbindung miteinander stehen. Das obere Ende des Rings 62 erstreckt sich über die Tafel 18 und ist mit dieser verlötet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 ist keine einstellbare Elektrode angedeutet. Diese Elektrode jedoch könnte in einfacher Weise zum Einsetzen in die Kammer 2o durch das Gitter 64 getragen werden.

In Fig. 5 ist eine teilgeschnittene und schematische Ansicht bezüglich einer Anordnung gezeigt, die sehr ähnlich derjenigen nach Fig. 2 und 3 ist. Bei dieser Anordnung ist ein unteres Gitter 64 vorgesehen, das offen ist und einen ziemlich freien Zugang zur Kammer 2o schafft. Das Gitter 64 steht an seinem oberen Ende an einer Anzahl von Punkten mit der Kappe 56, wie in Fig. 5 gezeigt, in Verbindung. Die Tafel 18 hat eine gleiche

609882/1009

Anzahl an Passagen, um die Nasen an der Kappe 56 und das obere Ende des Gitters 64 aufzunehmen- Die Kappen 55 und 56 bestehen aus einem Gitter oder Maschenwerk, das wegen der recht schmalen Öffnungen, wie sie in Fig. 5 schematisch angedeutet sind, ziemlich geschlossen ist. Ein Kanal 65 ist oberhalb der Platte 14 vorgesehen, so dass zum Zwecke der Reinigung ein Zugang an die Quelle 28 vorliegt. Die Quelle 3o kann durch Entfernen der Kappen 55 und 56 gereinigt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 und 3 gezeigten primär dadurch, dass die Einstellschraube 44 einen längs ihrer Länge angeordneten Flügel 45 trägt. Wird die Schraube gedreht, ändert sich die dem Ionisationsweg dargebotene Oberflächenzone und damit der Strom innerhalb der Kammer. Bei dieser Anordnung kann die Einstellschraube einen adequaten Einstellbereich vermittels einer oder weniger als einer Umdrehung der Schraube schaffen.

Fig. 6 zeigt einen bevorzugten elektrischen Schaltkreis zum Anschluss an die Ionisationskammer und zur Abgabe eines Alarmzustandes nach Feststellen von Rauch. Die Messkammer in Fig. 6 kann eine Bauart haben, wie sie zuvor in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben und in der Zeichnung erläutert ist. Bei dieser Konstruktion sind zwei Kammern 2o und 22 vorgesehen, die jeweils Beta-Quellen 28 und 3o aufnehmen. Die Platte 12 steht über eine Schutzschaltung 7o mit der positiven Speisespannung und die Platte 14 zusammen mit der Einstellschraube 44 mit der negativen Speisespannung in Verbindung. Die Einstellschraube 44 ist vorzugsweise so eingestellt, dass die Spannung an der Platte 16 auf dem gewünschten optimalen Niveau liegt, das typischerweise 1/2 der positiven Speisespannung beträgt.

609882/1009

Die Schutzschaltung 7o umfasst eine Diode D1, Widerstände R1 und R11 und einen Kondensator C6. Der Schaltkreis schafft im Leitungsverlauf einen HF-Interferenzschutz. Die parallel an die Detektorkammer anliegende Grundspannung wird von einer Zener-Diode Z1 aufrechterhalten. Diese Diode oder ein ähnlicher Spannungsregler kann verwendet werden, um eine stabile Spannungsversorgung für die Ionisationskammer und den zugehörigen Schaltkreis sicherzustellen. Ein Kondensator C1 hat vorzugsweise einen relativ grossen Wert, z.B. 1o Microfarad und ein Kondensator C2 vorzugsweise einen relativ niedrigen Wert von z.B. o,o1 Microfarad. Diese beiden parallel angeordneten Kondensatoren schaffen einen Stoss-und HF-Schutz für die Kammern und den zugeordneten Schaltkreis.

Beim Transistor T1 handelt es sich um eine feldefBktiven Transistor, dessen Tor-Elektrode mit der Platte 16 der Messkammer gekoppelt ist. Die Drain-Eldktrode des Transistors steht mit der positiven "^r .;: -Speiseleitung und seine Quellenelektrode über Widerstände R2 und R3 mit der negativen Speiseleitung 72 in Verbindung. Der Transistor T1 ist vorzugsweise in der Abschirmung, wie deutlich aus Fig. 1 hervorgeht, enthalten. Der Transistor stellt eine Quellenfolgeeinrichtung dar, die die extrem hohe Impedanz an seiner Eingangstorelektrode in einen besser verarbeitbaren Wert an der Quellenelektrode des Transistors umwandelt. Die Widerstände R2 und R3 bilden die Belastung für den feldeffektiven Transistor. Der Kondensator Cf ist ein Bootstrap-Kondensator mit relativ niedrigem Wert, der zwischen dem Knotenpunkt der Widerstände R2 und R3 und der Torelektrode des Transistors angeordnet ist. Dieser Kondensator hat die Aufgabe, den Einfluss von HF-Strahlung und von Stossignalen, die an dem Knotenpunkt der Widerstände R2 und R3 auftreten können, auf ein Minimum zu reduzieren. Die Spannung an dem Knotenpunkt 74 ist an zwei separate,

609882/1009

jedoch gleiche Schaltkreise angeschlossen, von denen einer ein Relaxationsoszillator 75 ist. Die Oszillator weist Widerstäride R4, R9, Rio und R11, einen Kondensator C3, eine Leuchtdiode (LED) 76 und einen programmierbaren Unijunction-Transistor 78 auf. Die Referenzspannung für den Oszillator 75 wird von Widerständen Rio und R11 aufgebracht. Der Knotenpunkt zwischen diesen Widerständen ist an die Torelektrode des Transistors 78 angeschlossen. Die Werte für den Widerstand R4 und den Kondensator C3 sind so gewählt, dass eine relativ lange Impulsrate von beispielsweise 1 Impuls alle 5 Sekunden zum Aufleuchten der LED 76 vorliegt. Der Oszillator 75 dient dem Zweck, die Spannung an der Quelle des Transistors T1 zu überwachen und dadurch auch die Bedingung an der Ionisationskammer zu überwachen. Die Widerstände Rio und R11 sind so vorgewählt, dass die Spannung an dem dazwischenliegenden Knotenpunkt geringer als die Quellenspannung des Transistors T1 ist, wenn die Kammer ordnungsgemäss arbeitet. Unter diesen Umständen arbeitet der Oszillator 75 und erzeugt die LED 76 einen periodischen Lichtimpuls, der den Arbeitszustand der Kammer andeutet. Die Widerstände Rio und R11 können so eingestellt werden, dass die Spannung an dem zwischenliegenden Knotenpunkt beispielsweise + 5 Volt beträgt. Diese Spannung kann einer Quellenspannung am Transistor T1 von beispielsweise +8VoIt entsprechen.

Der Knotenpunkt 74 ist weiter über den Widerstand R5 mit einem ähnlich aufgebauten Relaxationsoszillatorschaltkreis 8o verbunden. Der Schaltkreis 8o umfasst Widerstände R5, R6, R7 und R8, einen veränderlichen Widerstand VR1, einen Kondensator C5 und einen programmierbaren Unijunction-Transistor 82. Die Referenzspannung an dem Tor des Transistors 82 wird mittels des veränderlichen Widerstandes eingestellt. Diese Spannung wird auf eine höhere Spannung eingestellt, als die Spannung

609882/1009

am Tor des Transistors 78. Diese durch den veränderlichen Widerstand VR1 eingestellte Spannung wird über die Ruhe-(Nichtalarm-)Spannung an dem Knotenpunkt 74 um einen Betrag eingestellt, der von der erforderlichen Empfindlichkeit abhängt. Daher muss die Spannung an dem Knotenpunkt 74 erst um einen bestimmten Betrag ansteigen, bevor ein Ausgang von der Kathodenelektrode des Transistors 82 erfolgt. Der Ausgang vom Transistor 82 kann direkt an ein Alarmsystem oder über einen Torschaltkreis zur Schaffung einer Isolation gegenüber anderen Sensoren verbunden sein. Alternativ hierzu kann dieser Ausgang an eine geeignete Einrichtung,z.B. einem SCR oder Relai geleitet werden.

Der Widerstand R5 und Kondensator C5 sind so gewählt, dass eine geeignete Verzögerung vorliegt, die beispielsweise in der Grössenordnung von 5 Sekunden liegen kann. Diese Verzögerung bringt eine Unempfindlichkeit gegenüber Stossbedingungen, die im Schaltkreis auftreten können, oder die von aussen hineingelangen.

Viele existierende Schaltkreise verwenden Komparatoren zum Erfassen von Spannungsänderungen an der Ionisationskammer. Erfindungsgemäss wurde jedoch festgestellt, dass die Verwendung von programmierbaren Unijunction-Transistoren zur Überwachung der Spannungsniveaus gegenüber Komparatoren deutliche Vorteile bietet. Zum einen sind diese Komparatorschaltkreise grundsätzlich teuer und die Verschaltung, insbesondere dann komplizierter, wenn mit dem Komparator ein Zeitverzögerungsund Trigger-Schaltkreis kombiniert werden soll. Zum anderen schafft ein programmierbarer Unijunction-Transistor-Schaltkreis gemäss der Erfindung eine Verzögerung, Spannungsabtastung und ein einstellbares Triggerniveau und ist darüber hinaus ausgezeichnet geräuschunanfällig. Ferner wird der

609882/1009

Kondensator des Schaltkreises am Ende von jedem Zyklus voll entladen und dadurch ein bekannter Zeitpunkt festgelegt, von dem aus ein aufgeladener Zyklus bestimmt werden kann. Dies ist insbesondere immer dann nützlich, wenn der Ausgang einem Impulszählschaltkreis für Alarmzwecke zugeführt wird. Ein weiterer Hauptvorteil des erfindungsgemässen Schaltkreises liegt darin, dass die gespeicherte Ladung im Kondensator C3 ausgenutzt wird, um die Leuchtdiode aufleuchten zu lassen, so dass es nicht mehr notwendig ist, eine relativ grosse, aussetzende Belastung an die Stromversorgung anlegen zu müssen.

Wenn die Ionisationskammer Rauch feststellt, nimmt die Impedanz zwischen den Platten 14 und 16 zu und damit steigt die Quellenspannung des Transistors T1 auch an. Dieser Spannungsanstieg wird über den Widerstand R5 vom Knotenpunkt 74 abgegriffen, und nach einer durch den Widerstand R 5 und den Kondensator C5 bestimmten Verzögerungsdauer leitet der Transistor 82. Wenn dies eintritt, wird ein Alarmzustand von einem Signal an der Kathode des Transistors 82 erzeugt. Bei dem erfindungsgemässen Kammeraufbau werden atmosphärische Veränderungen über eine relativ lange Zeitdauer nicht erfasst, da der Kammeraufbau einen Umgebungsausgleich in diesem Fall vornimmt. Wenn jedoch eine relativ rasch vorliegende Atmosphärenänderung, wie bei Vorliegen von Rauch erfolgt, so führt der relativ rasch in die Kammer 2o eintretende Rauch zu einer fast unmittelbaren Erfassung.

609882/1009

Claims

P atentansprüche

1 J Ionisationsdetektor, gekennzeichnet durch eine, wenigstens eine Kammer bildende Anordnung mit einer Einrichtung zur Aufnahme von Gasen von ausserhalb der Kammer; wenigstens ein Paar feste , der Kammer zugeordnete , voneinander in Abstand liegende Elektroden; eine eine radioaktive Quelle enthaltenden Einrichtung, die in der Kammer zum Aufbau eines Ionisationsstromes in der Kammer zwischen den festen Elektroden angeordnet ist, eine in der Kammer zwischen den festen Elektroden angeordnete, einstellbare Elektrode, die zur Änderung des Ionisationsstromes drehbar ist, und eine mit einer der festen Elektroden verbundene Einrichtung zum Erfasse!von Änderungen im Ionisationsstrom.
2. Ionisationsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Anordnung ein Paar Kammern (2o, 22) bildet, wobei drei feste Elektroden (12, 14, 16) vorgesehen sind, von denen eine Elektrode eine gemeinsame Grenzebene zwischen den Kammern bildet.
3. Ionisationsdetektor .nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass beide Kammern (2o, 22) Einrichtungen zur Aufnahme von Gasen aufweisen, die wenigstens einen Kanal enthalten.
4. Ionisationsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalzutrittszone in einer Kammer grosser als in der anderen ist.
5. Ionisationsdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal vorgesehen ist, der

609882/1009

die beiden Kammern (2o, 22) miteinander verbindet.
6. Ionisationsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die einstellbare Elektrode (44) eine Schraube ist, die in eine Kammer (2o) hineinragt.
7. Ionisationsdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass ein Abdeckblech vorgesehen ist, um eine direkte Gasströmung zu den Kammern zu vermeiden.
8. Ionisationsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die radioaktive Quelle (28) eine Quelle aus Beta-Partikeln enthält.
9. Ionisationsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass eine (2o) der Kammern (2o, 22) teilweise durch eine Maschenstruktur (64) und die andere (22) der Kammern durch eine Kappe (55) gebildet ist, die eine der festen Elektroden bildet.
10. Ionisationsdetektor nach Anspruch 9, g e k e η η zeichnet durch einen Zugang durch eine Kammer zur Reinigung der radioaktiven Quelle.
11. Ionisationsdetektor gekennzeichnet durch eine Kammeranordnung mit einer Einrichtung, die eine erste Kammer mit Mitteln zur Aufnahme von Gasen von ausserhalb der ersten Kammer bildet, mit einer Einrichtung, die eine zweite Kammer mit Mitteln zur Aufnahme von Gasen von ausserhalb der zweiten Kammer bildet, und mit einer Einrichtung, zur GasverBlndung der Kammern; eine in jeder Kammer vorgesehene Elektrode, wobei die Eelktroden in Abstand voneinander liegen;

609882/1009

- 2ο -

eine eine radioaktive Quelle enthaltende" Einrichtung, die in wenigstens der ersten Kammer angeordnet ist, um in der Kammeranordnung einen Ionisationsstrom aufzubauen; eine in der ersten Kammer zur Einstellung des Ionisationsstromes vorgesehene einstellbare: Elektrode/und eine mit der festen Elektrodeneinrichtung verbundene Einrichtung zur Erfassung von Änderun-.gen im Ionisationsstrom.
12. Ionisationsdetektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass die die erste Kammer bildende Einrichtung ein relativ offenes Maschengitter und die die zweite Kammer bildende Einrichtung ein weniger offenes, eine Kappe bildendes Maschengitter enthält.
13. Ionisationsdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektrodeneinrichtung eine teilweise die erste Kammer bildende Bodenplatte enthält, wobei eine zwischenliegende Platte die erste und zweite Kammer und die Kappe voneinander trennt.
14. Ionisationsdetektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass sich das offene Maschengitter auch über die Kappe erstreckt.
15. Ionisationsdetektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass die einstellbare Elektrode eine Schraube ist, die in die erste Kammer hineinragt.
16. Ionisationsdetektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass mit der Schraube für die einstellbare Elektrode ein Flügel (45) verbunden ist.

609882/1009
17. Schaltkreis zum Anschluss an eine Ionisationskammer zum Erfassen von Änderungen im Ionisationsstrom in der Kammer, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufnahme eines Signals von einer Elektrode der Kammer; eine erste, eine Oszillatorschaltung und eine Lichtquelle enthaltende Schalteinrichtung, die mit der Empfangseinrichtung angekoppelt und so betätigbar ist, dass die Lichtquelle während eines Alarm- und Nichtalarm-Zustande s in einer eingestellten Wiederholungsrate aufleuchtet; und eine zweite, eine Verzögerungsschaltung und eine Trigger-Schaltung enthaltende Schalteinrichtung, die mit der Empfangseinrichtung angekoppelt und so betätigbar ist, dass die Trigger-Schaltung getriggert wird, wenn ein Alarmzustand vorliegt.
18. Schaltkreis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , dass beide Schalteinrichtungen jeweils einem programmierbaren Unijunction-Transistor enthalten .
19. Schaltkreis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Schalteinrichtung eine Kapazität enthält, um eine Ladung zum periodischen Entladen zu speichern und die Lichtquelle aufleuchten zu lassen.

609882/1009