DE2608760A1

DE2608760A1 - Einrichtung und verfahren zum nachweis von aerosolen

Info

Publication number: DE2608760A1
Application number: DE19762608760
Authority: DE
Inventors: Lyman L Blackwell; Paul A Staby; Stephen Weaver
Original assignee: STATITROL CORP
Current assignee: STATITROL CORP
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1976-03-03
Publication date: 1977-01-13
Also published as: GB1528654A; US4012729A; JPS5220895A

Description

PATENTANWÄLTE A. 3RÜNECKER

DIPL.-ΙΝΘ.

H. KlNKEUDEY

DR.-ING.

W. STOCKMAlR

DR.-ΙΝβ. · AeE(CAUTECH)

_κ. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-INS.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPU-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR. RBR. OEO. INS.

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE *3

3. März 1976

PH 10139

STATITEOL CORPORATION

140 South Union Boulevard, Lakewood, Colorado, USA

Einrichtung und Verfahren zum Nachweis von Aerosolen

Die Erfindung befaßt sich mit dem Nachweis von Aerosolen, wie z.B. Rauch oder andere Verbrennungsaerosole.

Einrichtungen zum Nachweis von Aerosolen werden gewöhnlich in Feueralarmsystemen benutzt, um Alarmvorrichtungen nach Erkennung von Rauch in der umgebenden Atmosphäre zu erregen. Folglich werden diese Einrichtungen häufig als Rauchdetektqren bezeichnet.

Es sind Rauchdetektoren vorgeschlagen worden, welche Ionisationseffekte zur Erzeugung von elektrischen Signalen benutzen, um Feueralarmvorrichtungen auszulösen. Diese Einrichtungen beruhen auf dem Prinzip, daß die Größe eines Ionenstromes, der zwischen Elektroden einer Ionenkammer

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TELEFON (ΟΒ9)2223 62 TELEX OIS-29 38Ο TELEGRAMME MONAPAT

ORIGINAL INSPECTED

unter den Bedingungen klarer oder reiner Luft fließt, nach
Eindringen von Rauch in. den Bereich zwischen die Elektroden abnimmt, aufgrund der Tatsache, daß Ionen durch die relativ massigen und sich langsam bewegenden Aerosolteilchen, die
den Rauch bilden, eingefangen werden. Normalerweise ist die Masse eines jeden Aerosolteilchens einige tausendmal größer als die Masse der Ionen, die sie einfangen, während die Geschwindigkeiten der Aerosolteilchen im Vergleich zur Ionenges chwindigkeit vernachlässigbar sind.

Daher werden die Geschwindigkeiten der Ionen, wenn sie einmal durch die Aerosolteilchen eingefangen sind, im wesentlichen zu einem Stillstand relativ zu dem Ionenstroia reduziert, und daher im wesentlichen aus diesem entfernt. Der
tatsächliche Abfall des Ionenstromes ist bestimmt durch die Anzahl oder direkt proportional zu der Anzahl von solchen
Ioneneinfängen, die pro Zeiteinheit stattfinden. Es ist festgestellt worden, daß zusätzlich zur Anwesenheit von Aerosolen solche ionisationsabhängigen Detektoren auch auf Veränderungen der Umgebungstemperatur, des Druckes und der Feuchtigkeitsbedingungen ansprechen, welche Anlaß zu falschen Feueralarmen geben können, wenn keine Kompensation dafür vorgesehen ist.

Die Einrichtung zum Nachweis von Aerosolen gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite
Ionenkammer, die miteinander und mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen, eine erste Elektrode, die am Ende der ersten Ionenkammer entfernt vom Bereich der Verbindung mit der zweiten Ionenkammer angeordnet ist, eine zweite Elektrode, die im Bereich der Verbindung der Ionenkammern angeordnet ist, eine dritte Elektrode, die am Ende der zweiten Ionenkammer entfernt vom Bereich der Verbindung mit der ersten Ionenkammer angeord-

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net ist,und eine Teilchenquelle zur Aussendung von geladenen Teilchen in die erste und zweite Ionenkammer, wobei das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die erste und dritte Elektrode einen Ionenstrom errichtet, der von der Teilchenquelle durch die in Reihe angeordneten Ionenkammern erzeugt wird, wobei die Anordnung derart ist, daß der Potentialgradient und/oder die Ionendichte innerhalb der ersten Kammer wesentlich größer ist als innerhalb der zweiten Kammer, wodurch der elektrische Widerstand der ersten Ionenkammer gegenüber dem Ionenstrom, durch diese im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Anwesenheit oder Abwesenheit von Aerosolen ist, die in die Kammer von der umgebenden Atmosphäre eintreten können, während der elektrische Widerstand der zweiten Ionenkammer relativ empfindlich ist und in Anwesenheit von Aerosolen ansteigt, um eine entsprechende Änderung der Spannung an der zweiten Elektrode zu verursachen.

Gemäß einem anderen Aspekte der Erfindung ist ein Aerosoldetektor gekennzeichnet durch einen Widerstandsspannungsteiler, der von einem gasförmigen Volumen gebildet wird, das in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht und sich zwischen einem Paar von Elektroden erstreckt, wobei eine Quelle geladener Teilchen das Volumen bestrahlt, wodurch bei Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen das Paar von Elektroden ein Ionenstrom zwischen diesen fließt, und durch eine dritte Elektrode, die in einer vorbestimmten Position zwischen dem Paar von Elektroden angeordnet ist und das Volumen in einen ersten und einen zweiten Bereich teilt, wobei die dritte Elektrode die Spannung abgreift, die an dieser Position längs des Spannungsteilers ansteht, wenn die Potentialdifferenz zwischen das Paar von Elektroden angelegt wird, wobei die Anordnung der Elektro-

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den und der Teilchenquelle derart ist, um die Ionendichten und Potentialgradienten in diesen Bereichen derart zu bestimmen, daß sich das Verhältnis des elektrischen Widerstandes des ersten und zweiten Bereichs entsprechend der Anwesenheit von Aerosolen innerhalb des Volumens verändert, wobei die Größe der an der dritten Elektrode anliegenden Spannung die Anwesenheit oder Abwesenheit von Aerosolen anzeigt.

Außerdem ist die Erfindung gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Nachweis von Aerosolen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erster Ionisationsbereich mit einem ersten Spannungsgradienten und ein zweiter Ionisationsbereich mit einem zweiten Spannungsgradienten, der wesentlich kleiner als der erste Spannungsgradient ist, geschaffen wird, ein Ionenstrom durch den ersten und zweiten Bereich unter Bedingungen reiner Luft erzeugt wird und die Veränderungen des Ionenstromes gemessen werden, die als Ergebnis des Eintritts von Aerosolen in den zweiten Bereich auftreten.

Schließlich ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Nachweis von Aerosolen vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erster Ionisationsbereich mit einer ausgewählten Ionendichte und ein zweiter Ionisationsbereich mit einer Ionendichte, die wesentlich kleiner als die Ionendichte in dem ersten Bereich ist, geschaffen wird, ein Ionenstrom durch den ersten und zweiten Bereich unter Bedingungen reiner Luft erzeugt wird und Veränderungen des Ionenstromes gemess.en werden, die als Ergebnis des Eintritts von Aerosolen in den zweiten Bereich auftreten.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

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c ^_-

Fig.1 eine Seitenansicht/ teilweise im Schnitt, eines Detektors,

Fig.2 ein Schaltungsdiagramm eines Feueralarmsystems mit dem Detektor,

Fig.3 eine charakteristische Kurve des Ionenstromes des Detektors in Abhängigkeit von seinen Elektrodenspannungen ,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Äquipotentiallinien und des elektrischen Feldes des Detektors,

Fig.5 eine graphische Darstellung der Äquipotentiallinien für den Raum innerhalb des Detektors in der Nähe seiner Teilchenquelle,

Fig.5A

und 5B graphische Darstellungen der Spannung bzw. des Spannungsgradienten für den Raum innerhalb des Detektors in der Nähe seiner Teilchenquelle,

Fig.6A

und 6B graphische Darstellungen der Spannung bzw. des Spannungsgradienten für den Raum innerhalb des Detektors, auf den sich die Fig.5A und 5B nicht beziehen,

Fig.7 eine typische Ionenverteilung oder Dichte zu

einem gegebenen Zeitpunkt innerhalb des Detektors ,

Fig 8 sine verallgemeinerte graphische Darstellung der

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gebildeten Ionenpaare in Abhängigkeit vom Abstand von der Quelle (Bragg Kurve), und

Fig.9 eine graphische Darstellung der Raumverteilung der Teilchenintensität.

In Fig.1 ist ein Aerosol- oder Rauchdetektor 10 der Ionisationsbauart gezeigt.

Der Detektor 10 weist folgende Komponenten auf: eine Schaltungsplatte 11, die aus einem elektrischen Isoliermaterial hergestellt ist; eine Ionenquelle 12, welche vorzugsweise eine Quelle von Alpha-Teilchen ist; ein elektrisch leiten-" des Element 13, welches sowohl als Halter für die Teilchenquelle 12 als auch als Elektrode dient; Isolierscheiben oder Isolierringe 14, welche einen ersten Ionisationsbereich oder eine Ionisationskammer 15 begrenzen; ein elektrisch leitendes Element oder einen Ring 16, welcher als Elektrode dient; eine innere zylindrische Hülse 17 aus elektrischem Isoliermaterial; ein als Elektrode dienender Zylinder 18 aus einem elektrisch leitenden Material, der um die Hülse 17 herum angeordnet ist und in Verbindung mit der Hülse 17 einen zweiten Ionisationsbereich oder eine Ionisationskammer 19 begrenzt; und elektrisch verbundene elektrostatische Schirme 20, 21, die in einer parallelen, beabstandeten und ausgerichteten Anordnung an einer Unterstützungskonstruktion 22 befestigt sind. Die Konstruktion 22 kann die Form von vorspringenden Abschnitten aus dem Schirm 21 aufweisen, welche abgebogen sind, um die verbindende Verstrebungskonstruktion zu bilden.

Wie in Fig.1 gezeigt ist, ist die zylindrische Elektrode 18 auf der ebenen Schaltungsplatte 11 gelagert, um sich

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von dieser aus senkrecht zu erstrecken. Die Isolierhülse 17, deren Länge um einen ausgewählten Abstand kürzer als die der Elektrode 18 ist, ist innerhalb der Elektrode 18 angeordnet, wobei ein Ende in Berührung mit der Schaltungsplatte 11 steht. Auf der Schaltungsplatte 11 ist innerhalb der Hülse 17 die Elektrode 13 angeordnet. Die Elektrode hat die Form einer Scheibe, in deren mittleren Bereich vorzugsweise eine kleine Vertiefung 13a ausgebildet ist zur Aufnahme der Teilchenquelle 12. Die Teilchenquelle 12 ist in der Vertiefung 13a in einer im wesentlichen parallelen Anordnung in bezug auf die Ebene der Elektrode 13 gelagert.

Die Isolierringe 14 passen in die Hülse 17 und sind auf der Elektrode 13 angeordnet, um um die Teilchenquelle 12 herum den Ionisationsbereich 15 zu begrenzen. Der Bereich 15 hat eine zylindrische Form und seine Achse ist konzentrisch mit derjenigen der Elektrode 18, der Hülse 17 und der Strahlungsachse der Ionenquelle 12.

Die Ringelektrode 16 ist auf der nach außen angeordneten Isolierscheibe 14 in einer im wesentlichen parallelen Anordnung in bezug zur Elektrode 13 angeordnet. Die Elektrode 16 ist außerdem mittig innerhalb der Hülse 17 angeordnet, wobei ihre Mittelachse konzentrisch mit der Mittelachse der zylindrischen Elektrode 18 ist. Die Ringelektrode 16 begrenzt eine öffnung 25, durch welche von der Teilchenquelle 12 ausgesandte Teilchen in den Ionisationsbereich 19 eingeführt werden.

Der Abschnitt 18a der zylindrischen Elektrode 18, der sich

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über die Isolierhülse 17 hinaus erstreckt, weist Löcher 26 für den Eintritt von Rauch auf. Darüber hinaus hat der elektrostatische Schirm 20, der über dem Ende der zylindrischen Elektrode 18 angeordnet ist, Löcher 27 zum Eintritt von Rauch. Der Elektrodenabschnitt 18a bildet in Verbindung mit dem Schirm 20 einen perforierten Becher, welcher den Eintritt von Rauch in der umgebenden Atmosphäre in den Detektor 10 ermöglicht.

Die dargestellten Schirme 20, 21 haben die Form von zylindrischen Scheiben und sind im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse des Detektors 10 angeordnet. Die Mittelachse des Detektors 10 ist bestimmt durch die Längsachse der zylindrischen Elektrode 18. Der äußere Schirm 21 hat keine Löcher zum Eintritt von Rauch und die Schirme 20, 21 bewirken gemeinsam, daß statische Ladungen in der umgebenden Atmosphäre daran gehindert werden, Ionenströme in dem Detektor 10 zu stören.

Der Rauchdetektor 10 ist gemäß Fig.2 in einem Feueralarmsystem 30 angeordnet. Das System 30 weist außer dem Detektor 10 einen Feldeffekttransistor (FET) 31, eine Gleichspannungsquelle 32, einen Lastwiderstand 33 und eine Feueralarmvorrichtung 34 auf.

Die Spannungsquelle 32 kann z.B. eine Gleichspannung von 10 Volt erzeugen. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, daß diese Spannungsquelle eine 10 Volt-Gleichspannungsquelle ist. Wie in Fig.2 gezeigt ist, ist die negative Klemme der Spannungsquelle 32 mit der Detektorelektrode 13 verbunden, während die positive Klemme mit der Detektorelektrode 18 verbunden ist. Die Detektorringelektrode 16 ist

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mit der Gitterelektrode des FET 31 verbunden. Der Anoden-Kathodens tromweg des FET 31 liegt in Reihe mit dem Lastwiderstand 33 an der Spannungsquelle 32, wobei eine Klemme des Widerstandes 33 mit der negativen Klemme der Spannungsquelle 32 verbunden ist. Die Feueralarmvorrichtung 34 ist parallel zum Lastwiderstand 33 geschaltet, um durch das an diesem Widerstand erzeugte Spannungssignal betätigt zu werden.

In den Fig.4 und 7 sind die Abmessungen einer praktisch ausgeführten Ausführungsform des Rauchdetektors 10 dargestellt. Der hergestellte Detektor 10 hatte eine Länge längs seiner Mittelachse von ungefähr 34,3 mm und einen Radius von ungefähr 12,5 mm. Wie gezeigt ist, begrenzt der Abschnitt 18a der Elektrode 18 ein zylindrisches Meßvolumen 19a von ungefähr 15 mm.

In Fig.4 ist eine graphische Darstellung von Äquipotentiallinien in ausgezogenen Linien für diesen Detektor gezeigt, wobei an die Elektroden 13 und 18 eine Gleichspannung von 10 Volt angelegt ist. Die elektrischen Feldlinien sind in Fig.4 in gestrichelten Linien gezeigt.

Fig.5 ist eine graphische Darstellung der Äquipotentiallinien des Ionisatxonsbereiches 15.

Fig.4 stellt eine graphische Darstellung von Daten dar, die durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung erzeugt worden ist und allgemein mathematisch durch folgende Gleichung dargestellt werden kann:

i»§

V (r, θ ) = Q

I COS² θ

■i)

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260876Q

r und θ den Punkt bestimmen, an welchem das

Potential berechnet wird, Q die Ladung im Abschnitt 18a_r C die absolute Dielektrizitätskonstante und a der Innenradius des Abschnittes 18a ist.

Fig.5 kann erzeugt werden durch Verwendung des Wertes der Ladung Q auf der Detektorringelektrode 16 und für a den Radius der Detektorringelektrode.

Fig.6A zeigt eine graphische Darstellung der Spannung als Funktion des Abstandes in mm von der Teilchenquelle 12 für den Ionisationsbereich 19 und das Meßvolumen 19a innerhalb des Detektors 10. Fig.6B zeigt eine graphische Darstellung des Spannungsgradienten in Volt/mm.

Fig.7 illustriert die relativen Ionendichten innerhalb der Bereiche 15, 19 und 19a des Detektors 10. Aus Fig.7 geht hervor, daß die durchschnittliche Ionendichte in der Bezugskammer oder dem Bereich 15 wesentlich höher als die durchschnittliche Ionendichte im Bereich 19 ist. Die Ionendichten in den Abschnitten der.Bereiche 15 und 19a_r die in Fig.7 mit GROSS gekennzeichnet sind, sind im wesentlichen gleich groß und ungefähr zwei- bis dreimal größer als die Ionendich— te in dem Abschnitt des Bereiches 19, der als einheitlich gekennzeichnet ist. Dies beruht auf der großen Nähe des Bereiches 15 zu der Teilchenquelle 12 und dem sehr viel kleineren effektiven Volumen des Bereiches 15 und auf der großen Reduzierung der Energie und des Umfanges der Alpha-Teilchen, verursacht durch die Durchquerung der Golddeckfolie unter großen Winkeln. Man hat festgestellt, daß der relativ große Feldgra-

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dient im Bereich 15 die Impedanz oder den Widerstand des Bereiches 15 im wesentlichen unempfindlich und unbeeinflußt durch die Anwesenheit von Rauchaerosolen macht. Solche Unempfindlichkeit ist durch Versuche festgestellt worden, indem ein vorgegebener Ionenstrom zwischen den Elektroden 13 und 16 erzeugt worden ist und durch die Anwesenheit von Rauch verursachte Änderungen gemessen worden sind. Dies wurde durchgeführt durch Anlegen einer festen Spannung an die Elektroden 13 und 16. Änderungen des Ionenstromes unter diesen Versuchsbedingungen sind, wie festgestellt wurde, vernachlässigbar. Zum Zwecke des Nachweises von Rauch und Verbrennungsaerosolen wirkt der Bezugsbereich 15 als fester elektrischer Widerstand zwischen den Detektorelektroden 13 und 16.

Ein Vergleich der Fig.SA, 5B und 6A_r 6B sowie eine Prüfung der Fig.4 ergibt, daß der Spannungsgradient in dem Ionisationsbereich 15 erheblich größer als der Spannungsgradient im Bereich 19 ist, und insbesondere erheblich größer als der Spannungsgradient innerhalb des Meßbereiches 19a, welcher durch den Elektrodenabschnitt 18a bestimmt ist. Auch diese Tatsache macht den Bereich 15 im wesentlichen unempfindlich gegenüber Rauch und Verbrennungsaerosolen. Wie aus Fig.4 hervorgeht, beruht der nichtlineare Spannungsgradient, bestimmt innerhalb des Detektors 10, auf der Geometrie des Detektors 10 und seiner Komponenten und der Anordnung seiner Elektroden im Verhältnis zur Position der Teilchenquelle 12.

Im Betrieb des Detektors 10 und des Feueralarmsystems 30, gezeigt in Fig.2, wirkt der Ionisationsbereich 15 als fester Widerstand, dessen Größe durch Rauchaerosole unbeeinflußt bleibt, während der Bereich 19 als variabler Widerstand zwischen den Elektroden 16 und 18 wirkt, dessen

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Größe bei Anwesenheit von Rauchaerosolen innerhalb des Bereiches und in dem Meßvolumen 19a ansteigt.

In Fig.3 kennzeichnet die Kurve 40 den Ionenstrom durch die elektrisch in Reihe angeordneten Ionisationsbereiche oder Kammern 15, 19 unter Bedingungen reiner Luft als Funktion der an den Elektroden 13 und 18 anliegenden Gleichspannung. Bei Anliegen von 10 Volt Gleichspannung hat der Ionenstrom im Detektor 10 einen Wert von I-j. Die Kurve 41 kennzeichnet die Spannung an der Ringelektrode 16 als Funktion des in dem Detektor 10 fließenden Ionenstromes. Unter Bedingungen reiner Luft bei Anliegen von 10 Volt Gleichspannung an den Elektroden 13 und 18 liegt an der Ringelektrode 16 die Spannung V₂ an.

Die Kurve 42 kennzeichnet den Ionenstrom durch den Detektor 10 nach Eintritt von Rauch in den Meßbereich des Detektors 10. Wie in Fig.3 gezeigt ist, fällt der Ionenstroxn der Kurve 42 auf den Wert I₂ nach Eintritt des Rauches in den Detektor 10 ab. Dieser Abfall des Ionenstromes auf den Wert I₂ verursacht einen Abfall der Spannung an der Ringelektrode 16 auf den Wert V-j.

Wie in Fig.2 gezeigt ist, erscheint der Spannungsabfall an der Elektrode 16, verursacht durch den Eintritt von Rauch in den Detektor 10, z.B. V₂ - V-j, an der Gitterelektrode des FET 31. Demzufolge ändert sich der Anoden-Kathodenstrom des FET 31 und verursacht die Erzeugung eines Spannungssignales am Lastwiderstand 33, um die konventionelle Feueralarmvorrichtung 34 zu betätigen. Betätigung der Alarmvorrichtung 34 zeigt daher den Eintritt von Rauchaerosolen in den Detektor 10 an.

Es wird angemerkt, daß die Schaltung des Feueralarmsystems

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30 vorzugsweise in die gedruckte Schaltungsplatte 11 des Detektors 10 einverleibt ist. Darüber hinaus wirkt der FET 31 als Stromverstärker in dem System 30, wobei er.in Kathodenfolgeschaltung geschaltet ist.

Es wird außerdem angemerkt, daß beim Aufbau des Detektors 10 die Anwesenheit der Isolierhülse 17 die Sammlung der ausgesandten Ionen durch die Elektrode 18 auf den Meßbereich 19a, bestimmt durch den zylindrischen Elektrodenabschnitt 18a, begrenzt. Das Meßvolumen 19a ist in einem ausgewählten Abstand von der Teilchenquelle 12 angeordnet, um die Ionensammlung zu vergrößern, wodurch dieser Meßbereich empfindlicher gegenüber Rauch gemacht wird. Die Abmessungen des Detektors 10, die in Fig.7 gezeigt sind, sind besonders geeignet zur Verwendung mit einer Quelle von Alpha-Teilchen, da der durchschnittliche Bereich der ausgesandten Alpha-Teilchen, welche in den Bereich 19 eingeführt werden, ungefähr 30 mm beträgt. Außerdem neigen Luftströmungen innerhalb des Meßvolumens 19a mehr dazu, die Ionen durch den Elektrodenabschnitt 18a zu sammeln als wegzublasen. Hierdurch können die durch die Luftgeschwindigkeit und Winde verursachten Probleme sehr klein gehalten werden.

Das Vorhandensein von Raucheintrittslöchern nur in dem Schirm 20 ergibt beste Luftgeschwindigkeitsergebnisse für den Rauchdetektor 10. Die Löcher 26 in dem Elektrodenabschnitt 18a erhöhen jedoch die Empfindlichkeit des Detektors gegenüber Rauchaerosölen. Die Löcher 26, 27 haben eine solche Größe, um ein leichtes Eindringen von Rauchaerosolen zu ermöglichen.

Es wird angemerkt, daß der Betrieb des Detektors 10 rela-

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tiν unbeeinflußt ist durch Veränderungen der atmosphärischen Bedingungen, z.B. Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitsänderungen, welche den Bereich der ausgesandten Alpha-Teilchen verändern, da die Länge und der Ort des Meßvolumens 19a, bestimmt durch den Elektrodenabschnitt 18a, so angeordnet werden kann, daß die Ionensammlung unter allen zu erwartenden atmosphärischen Bedingungen möglichst groß ist.

Zusätzlich wird angemerkt, daß die Größe der öffnung 25 und der Außendur chines ser der Ringelektrode 16 verändert werden kann, um die Ionendichte zwischen den Bereichen 15 und 19 einzustellen. Erhöhung der Größe der öffnung 25 hat z.B. die Wirkung, daß die Anzahl der in den Bereich 19 eintretenden Ionen vergrößert wird und daher ebenfalls der Ionenstrom und die durchschnittliche Dichte in diesem Bereich vergrößert wird. Eine Veränderung der Größe der Öffnung 25 und des Außendurchmessers der Ringelektrode 16 verändert außerdem die Winkel, unter welchen die Alpha-Teilchen durch die Quelle 12 in den Bereich 19 ausgesandt werden. Der durchschnittliche Bereich der ausgesandten Alpha-Teilchen in dem Bereich 19 ist eine Funktion dieser Winkel.

Es wird außerdem angemerkt, daß einer der Gründe für die relativ hohe Ionendichte in dem Bereich 15 darin besteht, daß die Alpha-Teilchen, die von der Quelle 12 ausgesandt werden, eine relativ kleine Energie aufweisen, wenige-r als zwei Millionen Elektronen Volt (MEV), und daher in diesem Bereich gestoppt werden. Hierdurch wird der Ionenstrom in dem Bereich 15 sehr groß, wodurch seine Unempfindlichkeit gegenüber Rauchaerosolen gesteigert v/erden kann. Daher können der Außen- und Innendurchmesser des Sammelringes 16 verändert werden, um die Temperatur-, Druck- und Feuchtig-

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keitseigenschaften des Rauchdetektors zu verändern.

Die Isolierhülse 17, die in dem Detektor 10 verwendet wird, kann aus Teflon (Warenzeichen) -material hergestellt sein, da festgestellt worden ist, daß dieses einen ausreichenden Volumen- und Oberflächenwiderstand bei hohen Feuchtigkeitsbedingungen aufweist. Ein Teflonmaterial kann ebenfalls für die Isolierringe 14 benutzt werden, die zur Begrenzung der Bezugsionenkammer oder des Bereiches 15 eingesetzt werden. Eine geeignete Teilchenquelle besteht aus einer ebenen Kernfolie, welche das radioaktive Element Americium enthält, welches eine Alpha-Teilchen-Quelle ist. Die Kernfolie besteht normalerweise aus einer Schicht Americium und Gold, bedeckt auf der Alpha-Teilchan aussendenden Seite mit Gold— schichten und auf der nichtaussendenden Seite mit mindestens einer Silberschicht. Die "Nuclear Radiation Development' Company, 2937 Alt Boulevard North, Grand Island, New York, stellt eine Kernfolie her, die für die Verwendung als Ionenquelle 12 geeignet ist, welche als "Modell AMM" identifiziert ist. Die Aussendung von Alpha-Teilchen im Bereich von ungefähr 5,4 MEV bildet normalerweise 99,6 Prozent der Strahlung solcher Quellen, während Gamma-Strahlung den Rest bildet. Praktisch erfolgt durch diesen Quellen keine Beta-Strahlung.

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Claims

PH 101 39 Patentansprüche

1./Einrichtung zum Nachweis von Aerosolen, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Ionenkammer (15, 19), die miteinander und mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen, eine erste Elektrode (13), die am Ende der ersten Ionenkammer (15) entfernt vom Bereich der Verbindung mit der zweiten Ionenkammer (19) angeordnet ist, eine zweite Elektrode (16), die im Bereich der Verbindung der Ionenkammern (15, 19) angeordnet ist, eine dritte Elektrode (18a), die am Ende der zweiten Ionenkammer (19) entfernt vom Bereich der Verbindung mit der ersten Ionenkammer (15) angeordnet· ist, und eine Teilchenquelle (12) zur Aussendung von geladenen Teilchen in die erste und zweite Ionenkammer (15, 19), wobei das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die erste und dritte Elektrode (13, 18a) einen Ionenstrom errichtet, der von der Teilchenquelle (12) durch die in Reihe angeordneten Ionenkammern (15, 19) erzeugt wird, wobei die Anordnung derart ist, daß der Potentialgradient und/oder die Ionendichte innerhalb der ersten Kammer (15) wesentlich größer ist als innerhalb der zweiten Kammer (19), wodurch der elektrische Widerstand der ersten Ionenkammer (15) gegenüber dem Ionenstrom durch diese im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Anwesenheit oder Abwesenheit von Aerosolen ist, die in die Kammer (15) von der umgebenden Atmosphäre eintreten können, während der elektrische Widerstand der zweiten Ionenkammer (19) relativ empfindlich ist und in Anwesenheit von Aerosolen ansteigt, um eine entsprechende Änderung der Spannung an der zweiten Elektrode (16) zu verursachen.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß das effektive Volumen der ersten Ionenkammer (15) wesentlich kleiner als das effektive Volumen der zweiten lonenkämmer (19> ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Kammer (15) mit der umgebenden Atmosphäre über die zweite Kammer

(19) in Verbindung steht.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode (13) die Form einer Scheibe und die zweite Elektrode (16) die Form eines mit der Scheibe und den ausgerichteten Achsen der Ionenkammern (15, 19) koaxialen Ringes hat.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchenquelle (12) aus einer einzigen Quelle besteht, die zentral auf der ersten, als Scheibe ausgebildeten Elektrode (13) angeordnet ist_r wobei Ihre Strahlungsachse im wesentlichen mit der gemeinsamen Achse der Ionenkammern (15, 19), ausgerichtet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (18al das Ende der zweiten Ionenkammer (19) umgibt und ein Meßvolumen (19a) begrenzt, das in einem Abstand von der Teilchenquelle (12) entsprechend dem durchschnittlichen Bereich der ausgesandten. Teilchen angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine ringförmige Isoliereinrichtung (17),

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die zwischen der ersten und dritten Elektrode (13, 18a) angeordnet ist und sich von der ersten Elektrode {13} bis zum Beginn des Meßvolumens (19a) erstreckt, um eine langgestreckte Bewegungsbahn der Teilchen von der Teilchenquelle (12} zum Meßvolumen (19a) zu schaffen.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die dritte Elektrode (18a) die Form eines Bechers hat_r der im wesentlichen mit der gemeinsamen Achse der Ionenkainmern (15, 19) ausgerichtet ist, wobei der Becher Locher (26, 27) aufweist, die die zweite Ionenkainmer (19) mit der umgebenden Atmosphäre verbinden. V.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8_r gekennzeichnet durch Einrichtungen (2O, 21} zum Abschirmen des Meßvolumens (19a) von elektrostatischen Ladungen und/oder Luftströmungen in der Atmosphäre.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungseinrichtung aus einem Paar von parallel zueinander angeordneten Scheiben (2O, 21} besteht, deren Mittelachsen im wesentlichen mit der gemeinsamen Achse der Ionenkammem (15, 19) ausgerichtet sind_r wobei eine der Abschirmungsscheiben (2O) die Endwand der dritten Elektrode (18a) bildet.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche _f dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen Alpha-Teilchen sind.

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12. Aerosoldetektor, gekennzeichnet durch einen Widerstandsspannungsteiler, der von einem gasförmigen Volumen gebildet wird, das in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht und sich zwischen einem Paar von Elektroden (13, 18a) erstreckt, wobei eine Quelle (12) geladener Teilchen das Volumen bestrahlt, wodurch bei Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen das Paar von Elektroden (13, 18a) ein Ionenstrom zwischen diesen fließt, und durch eine dritte Elektrode (16), die in einer vorbestimmten Position zwischen dem Paar von Elektroden (13, 18a) angeordnet ist und das Volumenen in einen ersten und einen zweiten Bereich (15, 19) teilt, wobei die dritte Elektrode (16) die Spannung abgreift, die an dieser Position längs des Spannungsteilers ansteht, wenn die Potentialdifferenz zwischen das Paar von Elektroden (13, 18a) angelegt wird, wobei die Anordnung der Elektroden (13, 16, 18a) und der Teilchenquelle (12) derart ist, um die Ionendichten und Potentxalgradienten in diesen Bereichen (15, 19) derart zu bestimmen, daß sich das Verhältnis des elektrischen Widerstandes des ersten und zweiten Bereiches (15, 19) entsprechend der Anwesenheit von Aerosolen innerhalb des Volumens verändern, wobei die Größe der an der dritten Elektrode (16) anliegenden Spannung die Anwesenheit oder Abwesenheit von Aerosolen anzeigt.

13. Verfahren zum Kachweis von Aerosolen, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Ionisationsbereich (15) mit einem ersten Spannungsgradienten und ein zweiter lonisationsbereich (19) mit einem zweiten Spannungsgradienten, der wesentlich kleiner als der erste Spannungsgradient ist, geschaffen wird, ein Ionen-

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strom durch den ersten und zweiten Bereich (15, 19). unter den Bedingungen reiner Luft erzeugt wird und die Veränderungen des Ionenstromes gemessen werden, die als Ergebnis des Eintritts von Aerosolen in den zweiten Bereich (19) auftreten.

14. Verfahren zum Nachweis von Aerosolen, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Ionisationsbereich (15) mit einer ausgewählten Ionendichte und ein zweiter Ionisationsbereich (19) mit einer Ionendichte, die wesentlich kleiner als die Ionendichte in dem err sten Bereich (15) ist, geschaffen wird, ein Ionenstrom durch den ersten und zweiten Bereich (15, 19) unter den Bedingungen reiner Luft erzeugt wird und Veränderungen des Ionenstromes gemessen werden, die als Ergebnis des Eintritts von Aerosolen in den zweiten Bereich (19) auftreten .

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Ionenstrom in dem zweiten Bereich (19) in einem Meßvolumen (19a) gesammelt wird, das in einem Abstand von der Teilchenquelle (12) angeordnet ist, wobei der Ionenstrom entsprechend dem durchschnittlichen Bereich der von der Quelle (12) ausgesandten Teilchen erzeugt wird.

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