DE2703233C2

DE2703233C2 - Brandmelder

Info

Publication number: DE2703233C2
Application number: DE19772703233
Authority: DE
Inventors: Hideo Koshigaya Saitama Ito; Ryosaku Tokyo Kobayashi
Original assignee: Nohmi Bosai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1976-02-16
Filing date: 1977-01-27
Publication date: 1984-04-19
Also published as: JPS5299099A; GB1541200A; DE2703233A1; JPS5734557B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Fühlerwiderstand kann dabei z. B. abhängig von der Rauchdichte, der Temperatur oder der von einem Feuer oder einer Flamme erzeugten Strahlung, z. B. Licht, sein. Bekannte Brandmeider benützen dazu als Fühlerelemente z. B. eine äußere, luftzugängliche Ionisationskammer, einen Thermistor oder ähnliche Elemente, deren Widerstand sich durch Rauch, Hitze oder Licht ändert und als Referenzelement beispielsweise eine innere Ionisationskammer mit schlechterer Luftzugänglichkeit oder Raucbempfindlichkeit, einen ίο Widerstand oder ein anderes, gegen Brandphänomene nicht oder weniger empfindliches Element.

Aus der DE-OS 24 13 162 ist z. B. ein Brandmelder mit Ionisationskammern als Fühlerelementen bekannt Fühlerelement und Referenzelement sind in Serie geschaltet und die Spannung über dieser Serienschaltung wird auf einem konstanten Wert gehalten. Ein Brand wird bei diesen vorbekannten Brandmeldern durch die Potentialänderung am Verbindungspunkt beider Elemente nachgewiesen.

Jedoch haben Brandmelder dieser Art den Nachteil, daß ein Ausgangssignal mit relativ großem Spannungshub nicht zu erhalten ist, da die Widerstandsänderung des Fühierelementes eine zu geringe Änderung der Ausgangsspannung bewirkt und da die dort notwendigerweise unterschiedlichen Widerstands-Charakteristiken des Fühlerelementes und des Referenzelementes durch eine Änderung der Umgebungsbedingungen während des normalen Überwachungsbetriebes einander entgegenwirken, wodurch der Brandmelder für Umwelteinflüsse sehr empfindlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorbekannten Brandmelder einen Brandmelder der eingangs genannten Art mit größerem Ausgangssignal zu schaffen, welches einen genaueren » Zusammenhang mit dem nachgewiesenen Brandphänomen aufweist, wobei der Melder zumindest erheblich weniger durch wechselnde Umgebungsbedingungen beeinflußt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch das Kennzeichen des Patentanspruches 1. Entweder kann dabei die Spannung über dem Fühierelement oder über dem Rclcrenzelement konstant gehalten werden. In beiden Fällen ergibt sich bei gleicher Widerstandsänderung des Fühlerelementes ein größeres Ausgangssignal als bei den vorbekannten Brandmeldern. Außerdem wird die Widerstands-Charakteristik der beiden Elemente nicht oder in wesentlich geringerem Maße durch eine Änderung anderer Umgebungsbedingungen beeinflußt, so daß ein zuverlässigeres und genaueres Ausgangssignal erhalten werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Schaltbilder von Ausführungsbeispielen und deren Strom-Spannungs-Diagrammen beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Schaltung eines lonisations-Rauchmelders mit konstant gehaltener lonisationskammerspannung,

F i g. 2 das zugehörige Stromspannungsdiagramm.

Fig. 3 zeigt die Schaltung eines lonisations-Rauch^b0 meiders mit konstant gehaltener Referenzkammerspannung,

F i g. 4 das zugehörige .Stromspannungsdiagramm.

F i g. 5 zeigt die Schaltung eines Tcmperaturmelders.

F i g. 6 das zugehörige Stromspannungsdiagramm.
^M F i g. 7 zeigt die Schallung eines pholoelektrisehen Rauchmelders,

F i g. 8 das zugehörige Stromspannungsdiagramin.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung wird als

Fühlerelement eine äußere Ionisationskammer Q und als Referenzelement eine innere Ionisationskammer C_r benützt welche in Serie geschaltet sind und die beiden Elemente eines Brandfühlers darstellen Dieser Brandfühler ist zwischen die Anschlüsse a, a' einer positiven und negativen Speiseleitung über einen Transistor Ti geschaltet, welcher, wie später erläutert, als Regelelement dient

Eine Sourcefolgerschaltung wird durch einen Feldeffekttransistor FET gebildet dessen G ate-Elektrode mit dem Verbindungspunkt der inneren und äußeren Ionisationskammer verbunden ist und dessen Source-Drain-Strecke in Serie mit einem Widerstand A₂ zwischen den Leitungsanschlüssen a, a'liegt Weiter ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, welche die Spannung über der äußeren Ionisationskammer Q auf einem konstanten Wert hält indem sie die Spannung über der Serienschaltung der beiden Ionisationskammern regelt und dabei den Spannungsabfall übe- der inneren Ionisationskammer Crändert

Diese Regeleinrichtung wird gebildet durch einen Transistor T₂, dessen Basis mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors FET verbunden ist, die den Ausgang der genannten Sourcefolgerschaltung bildet, während dessen Kollektor mit der Basis des erwähnten Transistors Ti verbunden ist und gleichzeitig über einen Widerstand /?3 mit dem Spannungsanschluß a, während der Emitter über eine Zenerdiode ZDi mit dem anderen Spannungsanschluß a' und über einen Widerstand Rt mit dem ersten Spannungsanschluß a verbunden ist. Die Auswertung erfolgt mittels einer Einrichtung zur Auswertung der Spannungsänderung über der Reihenschaltung der beiden Ionisationskammern und wird von einem Transistor T₃ gebildet, dessen Basis mit dem Emitter des Transistors 7Ί verbunden ist, der als Regeleinrichtung über eine Diode D dient, während sein Kollektor über einen Widerstand /?s mit dem Spannungsanschluö a'und gleichzeitig mit der Steuerelektrode eines Thyristors SCR verbunden ist, welcher ebenfalls zwischen den Spannungsanschlüssen a, a'liegt und während sein Emitter über eine Zenerdiode ZO₂ mit dem einen Spannungsanschluß a und über einen Widerstand R_b mit dem anderen Spannungsanschluß a' verbunden ist.

Die Funktion dieser in F i g. 1 dargestellten Schaltung läßt sich aus der in Fig. 2 dargestellten Stromspannungs-Charakteristik des Fühlers erkennen. Dabei bezeichnet die' Horizontalachse V, V die Spannungen, welche sich über der inneren und äußeren Ionisationskammer Cr, Cd entwickelt und die Vertikalachse / die lonisationsströme, die in den beiden Ionisationskammern Cr, Cd fließen. Da die Spannungsanschlüsse a, a' mit einer Spannungsquelle verbunden sind, und sich am Widerstand Ri vermittels Transistor Tj ein bestimmter Spannungsabfall entwickelt, wird die Spannung über der äußeren Ionisationskammer Cj auf einem konstanten Wert gehalten, welcher durch die Spannung über der Gate-Source-Streckedes Feldeffekttransistors FfT der Spannung über der Basis-Emitterstrecke des Transistors T₂ und die Zenerspannung der Zenerdiode ZDi bestimmt wird. Folglich werden die Spannungen über den Ionisationskammern C. Ci des Fühlers auf Spannungen V-, V₁; eingestellt, welche durch die Charakteristik /, der inneren Ionisationskammer C, und die Charakteristik /,/der äußeren Ionisationskammer C,, n bestimmt werden. Wenn Rauch mit bestimmter Dichte in die äußere Ionisationskammer C,/eindringt, so erhöht sich deren Widerstand und die Charakteristik ändert sich von der Kurve Id in die Id', während die Charakteristik l_r der Referenzkammer unverändert bleibt da Rauch nicht in diese eindringt In diesem Fall ist die Spannung Δ V, die durch die Charakteristiken Id' » und Ir bestimmt ist zu der Spannung Vj über der äußeren Ionisationskammer Cd zu addieren. Der Spannungsabfall über dem Widerstand R\ wird jedoch gleichzeitig verkleinert da der Spannungsabfall über der Emitter-Kollektor-Sti ecke des Transistors Ti wegen

in der Erhöhung des durch den Transistor T₂ fließenden Stromes, welche wiederum durch die Erhöhung der Spannung über dem Widerstand R₂ durch den Feldeffekttransistor FET bewirkt wird, zunimmt. Folglich nimmt die Spannung V_r über der inneren Ionisations-

r> kammer C_r auf den Wert V/ ab, welcher durch die Charakteristik // bestimmt ist, während die Spannung Vd über der äußeren Ionisationskammer Cd konstant bleibt:/! V= V_r— V/. Durch diese Spannungsänderung wird der Transistor T3, welcher bisher durch den

jo Widerstand Rt, und die Zenerdiode ZD₂ gesperrt gehalten wurde, leitend und schaltet den Thyristor SCR auf Durchgang, so daß ein Signalstrom zu einer nicht dargestellten Signalzentrale fließt. Es ist zu erkennen, daß mit der Schaltung nach Fig. 1 eine größere

2ϊ Spannungsänderung Δ V erhalten wird, als die Spannungsäniierung Δ V bei vorbekannten Brandmeldern, welche durch die Charakteristiken Ij und /_r bestimmt wird, wobei die Gesamtspannung über dem Fühler, d. h. beiden Ionisationskammern konstant gehalten wird.

in F i g. 3 zeigt die Schaltung eines anderen Ausführungsbeispieles, wobei die innere Ionisationskammer G wiederum als Referenzelement und die äußere Ionisationskammer Cd als Fühlerelement dient und die Serienschaltung beider Elemente den Fühler bilden.

Hierbei ist die Steuerelektrode des Thyristors SCR direkt mit dem Emitter des Transistors T über eine Zenerdiode ZD₂ verbunden. Abgesehen von dieser Ausnahme ist die Schaltung dieses Ausführungsbeispieles identisch mit der Schaltung nach Fig. 1.

Für identische Bauteile wurden daher die gleichen Symbole verwendet.

In Fig.4 wird die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 3 in analoger Weise dargestellt wie in Fig.2. Hierbei wird jedoch, sobald die Spannungsanschlüsse a, a'an eine Spannungsquelle angeschlossen werden und sich über dem Widerstand R\ ein Spannungsabfall entwickelt, die Spannung über der inneren Ionisationskammer Cr auf einem konstanten Wert gehalten. Die Spannungen über den beiden Ionisationskammern C_n

51. Cd stellen sich dabei auf die Werte V_rund K/ein, welche durch die Charakteristiken I_r und /j bestimmt werden. Sobald nun Rauch in die äußere Ionisationskammer Cd eindringt, erhöht sich der Widerstand dieser Kammer und die Spannung über der inneren Ionisationskammer

is Cr nimmt ab um einen Wert Δ V, der bestimmt wird durch die Charakteristik /,/'und l_r=l/. Da jedoch die Spannung über dem Widerstand R\ durch negative Rückkopplung der Regeleinrichtung ebenso wie im Beispiel nach F i g. 1 zunimmt, ändert sich die Spannung

j(i über der äußeren Ionisationskammer Cd auf den Wert Vj, welcher durch die Charakteristik Ij bestimmt wird, und erhöht sich somit um Δ V, während die Spannung V₁ uoer der inneren Ionisationskammer C, konstant gehalten wird. Durch diese Änderung AV wird die Zenerdiode ZD/ leitend und schaltet den Thyristor SCR auf Durchgang, so daß ein Signalstrom zu einer nicht dargestellten Signal/entrale fließt. Auch mit dem Beispiel nach F i g. 3 wird also eine größere Ausgangs-

spannung Δ Verhalten. Weiterhin ist dabei von Vorteil, daß zwei Ionisationskammern mit einem Arbeitspunkt im Proportionalteil der Kennlinie verwendet werden können, wobei mindestens eine gleich große Ausgangsspannung Δ V erhalten wird wie die Spannung Δ V" bei einem Brandmelder nach dem Stand der Technik, bei welchem die innere Ionisationskammer im Sättigungsbereich mit einer Kennlinie /," betrieben wird, während die äußere Ionisationskammer im Proportionalbereich arbeitet. Während bei einem solchen vorbekannten Brandmelder die beiden Ionisationskammern verschieden auf andere Umgebungsbedingungen, z. B. Druck oder Temperatur, reagieren, ist das Verhalten eines Melders nach F i g. 3 mit zwei im Proportionalbereich arbeitenden Kammern gegenüber Umgebungseinflüssen wie z. B. Temperatur oder Luftdruck gleichsinnig, so daß Änderungen dieser Faktoren automatisch kompensiert werden.

Fig.5 zeigt die Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Brandmelders, wobei ein Thermistor Td als Fühlerelement dient und ein Widerstand R_r als Referenzelement und die Serienschaltung beider Elemente den Fühler bildet. Dieser Fühler ist über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ti zwischen die Speiseanschlüsse a, a' geschaltet und der Verbindungspunkt des Thermistors Td und des Widerstandes R_r ist mit der Basis eines Transistors Ti verbunden. Alle übrigen Einzelheiten entsprechen der Schaltung nach Fig. 3. Gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Symbolen gekennzeichnet.

F i g. 6 zeigt die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.5 in gleicher Art wie Fig. 2. Wenn an die Spannungsanschiüsse a, a'eine Spannung angeschlossen wird, wird die Spannung über dem Thermistor Td ebenso wie im Beispiel nach F i g. 3 auf einem konstanten Wert gehalten und die Spannung über dem Thermistor Tj und dem Widerstand R_r stellt sich auf Werte V_d und V_r ein, welche durch die Charakteristiken Id und U bestimmt werden. Sobald der Thermistor Td durch die von einem Feuer erzeugte Hitze aufgeheizt wird, sinkt der Widerstand des Thermistors T_d und die Charakteristik ändert sich von Id'm IJ. Dadurch nimmt die Spannung V_d über dem Thermistor T₁/ um Δ V"ab, wobei die Änderung durch die Charakteristiken Ij und h bestimmt wird. Wegen der negativen Rückkopplung durch die Regeleinrichtung steigt jedoch die Spannung V_r über den Widerstand R_r auf die Spannung V/, welche durch die Charakteristik // bestimmt wird, während die Spannung V_d über dem Thermistor T_d auf einen konstanten Wert gehalten wird wie im Beispiel nach F i g. 3. Durch diese Spannungsänderung Δ V = V_r — Vy ^w'rd die Zenerdiode ZD₂' leitend und ein Signalstrom fließt zu einer nicht dargestellten Signaizentrale in gleicher Weise wie bei dem Beispiel nach F i g. 3.

Fig.7 zeigt die Schaltung eines anderen Ausführungsbeispieles, bei welchem ein photoelektrisches Element Pj, beispielsweise eine CdS-ZeIIe, als Fühlerelement und ein Widerstand R_r als Referenzelement dient und die Serieschaltung dieser Elemente wiederum den Fühler bildet. Dieser ist wiederum über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors T₁ zwischen die Spannungsanschlüsse a, a' geschaltet und der Verbindungspunkt des Widerstandes R_r und des photoelektrischen Elementes Pd ist mit der Basis des Transistors Ti

ίο verbunden. Alle übrigen Einzelheiten stimmen mit der Schaltung nach Fig. 1 überein. Wiederum sind gleiche Bauteile mit den gleichen Symbolen bezeichnet.

Fig. 8 zeigt die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 7 analog zur Darstellung in Fig. 2. Wenn

ή Spannung an die Anschlüsse a, s' gelegt wird, wird die Spannung über den Widerstand R_r auf einem konstanten Wert gehalten wie im Beispiel nach Fig. 1 und die Spannung über dem photoelektrischen Element Pd und dem Widerstand R_r stellt sich auf Werte V_d und V_r ein, welche durch die Stromspannungs-Charakteristiken Id und Ir bestimmt werden. Sobald eine bestimmte Lichtmenge von einem Feuer auf das photoelektrische Element P_d fällt, nimmt dessen Widerstand ab und die Spannung über dem Widerstand R_r steigt um einen Wert Δ V, welcher durch die Charakteristiken Id" und Ir = // der beiden Elemente Pd, Rr bestimmt wird. Wegen der negativen Rückkopplung der Regeleinrichtung nimmt jedoch die Spannung Vd über dem photoelektrischen Element auf die Spannung Vj ab, die

durch die Charakteristik Ij bestimmt wird, während die Spannung über dem Widerstand R_r auf einem konstanten Wert gehalten wird, wie im Fall von Fig. 1. Durch diese Spannungsänderung Δ\' = V_a· — Vj am photoelektrischen Element Pd wird Transistor T₃ über die Zenerdiode ZD2 leitend und schaltet den Thyristor SCR, so daß wiederum ein Signalstrom zu einer nicht dargestellten Signalzentrale fließt.

Jedes der beschriebenen Ausführungsbeispiele benützt ein Schaltelement, welches betätigt wird, sobald die Ausgangsspannung des Fühlers einen vorbestimmten Wert überschreitet. Jedoch ist es auch mögiich, eine solche Anordnung als Brandmelder in der Art zu betreiben, daß die Spannung über dem Widerstand R5 in Fig. 3 kontinuierlich mittels eines Analogverstärkers angezeigt wird. Es ist daher auch möglich, eine solche Einrichtung als Verbrennungsgas-Meßinstrument zu benützen, indem eine Meßeinrichtung parallel zum Widerstand R5 geschaltet wird.

Darüber hinaus wird bemerkt, daß auch ein

so Gasdetektorelement als Fühlerelement verwendet werden kann, oder andere Fühler.

Mit der beschriebenen Anordnung wird erreicht, daß eine größere Ausgangsspannung erhalten wird, als bei vorbekannten Brandmeldern, welche zudem noch unabhängig von Umgebungsbedingungen ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brandmelder mit einem Fühlerelement, dessen Widerstand sich im Brandfall ändert, und einem in Serie dazugeschalteten Referenzelement sowie einer Auswerteschaltung zur Signalgabe in Abhängigkeit von einer Änderung des Fühlerelement-Widerstandes, mit einer Einrichtung zur Konstanthaltung des Spannungsabfalls über wenigstens einem Element, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaitung eine erste Einrichtung (Ti, Ti) zur Konstanthaltung des Spannungsabfalls über nur einem (Dd; Ta\ Pd) der zwei Elemente aufweist, und eine zweite Einrichtung (Tj) zur Auswertung der Änderung des Spanrwngsabfalles über dem anderen (G; R_r) der Leiden Elemente zur Signalsbgabe.

2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung ein Schaltelement (SCR) aufweist, welches bei einer vorbestimmten Änderung des Spannungsabfalls über dem anderen Element (C,; R_r) mit veränderlicher Spannung schaltet.

3. Brandmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Einrichtung zur Analoganzeige der Änderung des Spannungsabfalles über dem anderen Element (C; Rr) mit veränderlicher Spannung aufweist.

4. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Transistor (Ti) aufweist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Serie mit dem Fühlerelement (CJ) und dem Referenzelement (C-) an spannungsführenden Leitungen liegt und dessen Basis über wenigstens einen weiteren Transistor (FET, Tj) vom Potential am Verbindungspunkt von Fühlerelement und Referenzelement angesteuert wird, derart, daß sich sein Widerstand in Abhängigkeit vom Potential am Verbindungspunkt so ändert, daß der Spannungsabfall über einem (Cd) der beiden Elemente bei Änderung des Widerstandes des Fühierelementes konstant bleibt.

5. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Fühler- und Referenzelement je als luftzugängliche Ionisationskammer (Cdbzw. C_r) ausgebildet sind, deren Arbeitspunkte im Proportionalitätsbereich der Strom/Spannungs-Kennlinie liegen, und daß die Luftzugänglichkeit der Referenzkammer (CV) geringer ist als die Luftzugänglichkeit der Fühlerkammer (Cd).

6. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement als Thermistor (Tj) ausgebildet ist.

7. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement als photoelektrisches Element (Pd) zur Aufnahme der von einem Feuer ausgehenden elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist.

8. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement als Gas-Sensor ausgebildet ist.