DE2711457A1 - Ionisationsbrandmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ionisationsbrandmelder mit einer eine Strahlungsquelle enthaltenden offenen Meßkammer, welche mit einem Vergleichswiderstand in Reihe an eine Versorgungsspannung angeschaltet ist, wobei an einer in der Meßkammer angeordneten, den Verbindungspunkt von Meßkammer und Vergleichswiderstand bildenden Meßelektrode Spannungsänderungen abgreifbar sind.

Ionisationsbrandmelder sind seit langem bekannt. Bei ihnen ionisiert ein radioaktives Präparat die Luft zwischen zwei Elektroden, also im allgemeinen zwischen dem metallischen Gehäuse der Meßkammer und der in ihr angeordneten Meßelektrode, so dass beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden ein Strom fließt. Beim Eindringen von Rauch in die Meßkammer reduziert die Anlagerung schwerer Rauchpartikel an die Luftionen den Kammerstrom, was als Meßgröße ausgewertet wird. Zu diesem Zweck wird der Kammerstrom in der Regel über eine zweite Kammer (Vergleichskammer) geführt. Die Spannungsänderung am Verbindungspunkt beider Kammern, d.h. an der Meßelektrode, kann dann gemessen und angezeigt werden.

Um die Strahlenbelastung der Umwelt durch Ionisationsbrandmelder möglichst gering zu halten, ist man seit längerer Zeit bereits dazu übergegangen, den Kammerstrom statt über eine Vergleichskammer über einen Meßwiderstand zu führen. Damit konnte auch die radioaktive Strahlungsquelle für die Vergleichskammer eingespart werden. Außerdem werden für die Meßkammer möglichst schwache radioaktive Präparate verwendet. Dadurch ist der Kammerstrom außerordentlich niedrig, was hohe Anforderungen an die elektrische Isolation des Aufbaus und der Meßeinrichtung stellt. Die Meßelektrode muß konstruktiv isoliert von den beiden Gegenelektroden angeordnet werden, und über den isolierenden Träger für die Meßelektrode fließt ein, wenn auch äußerst geringer, Isolationsstrom, der das Messergebnis des Brandmelders verfälschen könnte. Einer Verringerung der Radioaktivität werden also dann Grenzen gesetzt, wenn der Kammerstrom bis in die Größenordnung des Isolationsstroms verringert wird. Da eine weitere Verbesserung, d.h. Vergrößerung der Isolationswiderstände, mit den zur Verfügung stehenden Werkstoffen derzeit nicht mehr möglich erscheint, ist eine weitere Reduzierung der Radioaktivität bei den bisherigen Konstruktionen von Ionisationsmeldern nicht möglich, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Im Interesse des Umweltschutzes ist eine derartige Reduzierung jedoch nach wie vor geboten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ionisationsbrandmelder der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mit einer erheblich geringeren Radioaktivität als herkömmliche Brandmelder auskommt und trotzdem in seiner Funktion nicht beeinträchtigt ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Widerstandswert des Vergleichswiderstandes um mindestens die Hälfte kleiner als der Widerstandwert der Meßkammer im Ruhezustand ist, und dass die isolierenden Träger für die Meßelektrode einerseits und für die Außenelektrode der Meßkammer andererseits unabhängig voneinander elektrisch mit der Außenelektrode des Vergleichswiderstandes gekoppelt sind.

Während bei herkömmlichen Ionisationsbrandmeldern die Vergleichskammer oder der an ihrer Stelle verwendete Vergleichswiderstand jeweils etwa den gleichen Widerstandswert hatten wie die Meßkammer, wird beim erfindungsgemäßen Brandmelder dieser Vergleichswiderstand wesentlich niedriger gewählt als der Widerstand der Meßkammer. Dadurch wird die Anforderung an den Isolationswiderstand im Vergleichszweig vermindert, da die Größe dieses Isolationswiderstandes nicht absolut, sondern nur im Verhältnis zum Meßwiderstand von Bedeutung ist. Durch die Wahl eines verhältnismäßig kleinen Vergleichswiderstandes liegt von der Gesamtspannung nur ein relativ kleiner Spannungsanteil am Meßwiderstand und damit auch am parallel liegenden Isolationswiderstand. Das bedeutet, dass auch nur ein sehr kleiner Isolationsstrom parallel zum Vergleichswiderstand fließen kann.

Dabei muß allerdings die Konstruktion so gewählt werden, dass parallel zur Meßkammer, an der der größte Teil der Spannung anliegt, kein Isolationsstrom fließen kann. Die isolierenden Träger für die Meßkammer einerseits und für die Meßelektrode andererseits müssen also derart an einer Außenelektrode befestigt sein, dass zwischen der Meßelektrode und der Gehäuseelektrode der Meßkammer keine Isolierstoffbrücke besteht. Isolationsströme der Meßkammer können dann nur zwischen den Klemmen der Versorgungsspannung und nicht zur Meßelektrode fließen.

Mit der erfindungsgemäß erreichten Verringerung des Isolationsstroms kann im selben Verhältnis der Meßstrom geringer werden, ohne dass die Funktion des Brandmelders verschlechtert würde. Damit kann die Meßkammer auch mit einer entsprechend geringeren Radioaktivität ausgestattet werden. Bei einer Verringerung des Meßstroms auf ein Zehntel des bisherigen Wertes könnte also theoretisch die Radioaktivität auf ein Hundertstel gesenkt werden, da diese mit dem Strom quadratisch abnimmt. Wenn dieser Wert wegen verschiedener anderer Einflüsse auch nicht voll zur Auswirkung kommen kann, so ist doch eine erhebliche Verminderung der Radioaktivität möglich, ohne dass an den Isolationswiderstand höhere Anforderungen gestellt werden müssen. So ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Vergleichswiderstand um etwa eine bis zwei Zehnerpotenzen kleiner ist als der Widerstand der Meßkammer. Diese hat also dann beispielsweise einen Widerstand von 10[hoch]12 Ohm, während der Vergleichswiderstand einen Wert in der Größenordnung von 10[hoch]10 bis 10[hoch]11 Ohm besitzt. Die Radioaktivität kann in diesem Fall ohne weiteres bis auf 0,1 bis 0,01 Mikrocurie vermindert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, den Träger für die Meßelektrode selbst als Vergleichswiderstand auszubilden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines herkömmlichen Ionisationsbrandmelders,

Fig. 2 den schematischen Aufbau für einen erfindungsgemäß ausgelegten Ionisationsbrandmelder.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Messfühler eines Ionisationsbrandmelders. Er besteht im wesentlichen aus einer Meßkammer (Ionisationskammer) 1 und einem Vergleichwiderstand R[tief]V, die beide in Serie an eine Versorgungsspannung U[tief]o angeschaltet sind. Die Meßkammer 1 besitzt als Gehäuse eine Gitterelektrode 2, welche die Umgebungsluft ungehindert in die Kammer 1 eindringen lässt, sowie eine Meßelektrode 3. In der Meßkammer 1 sind schwach radioaktive Präparate 4 angeordnet, welche die Luft zwischen der Gitterelektrode und der Meßelektrode ionisieren und beim Anliegen der Spannung U[tief]o einen Kammerstrom zwischen der Meßelektrode 3 und der Gitterelektrode 2 fließen lassen. Die Meßkammer 1 wirkt also wie ein hochohmiger Widerstand R[tief]M, der in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Meßkammer 1 (R[tief]M) und der Vergleichswiderstand R[tief]V bilden also einen Spannungsteiler, dessen Abgriffspunkt durch die Meßelektrode 3 gebildet wird. Beim Eindringen von Rauch in die

Meßkammer lagern sich die schweren Rauchpartikel
<NichtLesbar>
auch bereits die Isolationsströme berücksichtigt werden, wenn sie über die isolierenden Träger 5 und 6 für die Gitterelektrode bzw. für die Meßelektrode 3 fließen. Der Widerstand des Trägers ist mit R[tief]i1 und der Widerstand des Trägers 5 mit R[tief]i2 bezeichnet; über diese Strecken fließen die entsprechenden Isolationsströme I[tief]i1 und I[tief]i2. Dabei ist der Isolationsstrom I[tief]i2 unbeachtlich, da er lediglich zwischen der Eingangselektrode 7 des Vergleichswiderstandes R[tief]v und der Gitterelektrode 2 fließt und die Spannung an der Meßelektrode nicht beeinflusst. Der Isolationswiderstand I[tief]i1 dagegen verändert die Spannung an der Meßelektrode 3, er darf deshalb höchstens 20% des Meßstromes I[tief]M betragen, wenn die Funktion des Brandmelders nicht beeinträchtigt werden soll.

Nimmt man nun an, dass bei herkömmlichen Ionisationsbrandmeldern der Vergleichswiderstand R[tief]v, der auch eine Vergleichsionisationskammer sein kann, etwa den gleichen Widerstandswert besitzt wie der Widerstand R[tief]M der Meßkammer 1, so liegt am Vergleichswiderstand R[tief]v eine Spannung U[tief]V und an der Meßkammer eine Spannung U[tief]M, für welche gilt:

U[tief]v = U[tief]M =

Der Isolationsstrom I[tief]i1 ist dann

I[tief]i1 =

Da man, wie erwähnt, den Isolationswiderstand R[tief]i1 nicht mehr beliebig vergrößern kann, darf auch der Widerstand R[tief]M der Meßkammer nicht weiter vergrößert werden, um das Verhältnis von Kammerstrom I[tief]M zu Isolationsstrom I[tief]i1 nicht zu verschlechtern. Eine Verkleinerung des Vergleichswiderstandes R[tief]v bei einer Konstruktion gemäß Fig. 1 würde das Verhältnis noch verschlechtern, da dann die Spannung U[tief]M größer als würde.

Den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ionisationsbrandmelders zeigt Fig. 2. Die Meßkammer 11 ist von der Gitterelektrode 12 umgeben, welche von einem isolierenden Träger 15 gehalten ist. Die Meßelektrode 13 wird von einem isolierenden Träger 16 gehalten, welcher im Gegensatz zu Fig. 1 nicht mit der Gitterelektrode 11 bzw. deren Träger 15 verbunden ist, sondern unmittelbar an der Eingangselektrode 17 hängt. Aufgrund dieser Konstruktion fließt der unerwünschte Isolationsstrom I[tief]i1 nicht mehr wie in Fig. 1 zwischen der Meßelektrode 3 und der Gitterelektrode 2, sondern zwischen der Eingangselektrode 17 und der Meßelektrode 13, also parallel zum Vergleichswiderstand R[tief]v. Legt man nun an die Elektroden 12 und 17 wiederum die Spannung U[tief]o, so fließt folgender Isolationsstrom zur Meßelektrode 13:

Solange der Vergleichswiderstand R[tief]v in derselben Größenordnung liegt wie der Widerstand R[tief]M der Meßkammer 11 (d.h. U[tief]v = U[tief]M = bleibt auch der unerwünschte Isolationsstrom in der bisherigen Größe erhalten. Verringert man aber erfindungsgemäß den Vergleichswiderstand R[tief]v gegenüber dem Widerstand R[tief]M der Meßkammer 11, so wird auch die Spannung U[tief]v entsprechend kleiner als die Meßkammerspannung U[tief]M. Der Isolationsstrom I[tief]i1 verkleinert sich im selben Verhältnis wie der Spannungsanteil U[tief]v. Anstelle den Vergleichswiderstand R[tief]v zu verkleinern, kann man natürlich auch den Meßkammerwiderstand R[tief]M vergrößern, und zwar durch die angestrebte Verringerung der Radioaktivität in den Strahlungsquellen 14. Wegen der Beziehung

ist dabei lediglich darauf zu achten, dass der Vergleichswiderstand R[tief]v um etwa eine Zehnerpotenz kleiner ist als der Isolationswiderstand R[tief]i1.

Claims (3)

1. Ionisationsbrandmelder mit einer eine Strahlungsquelle enthaltenden offenen Meßkammer, welche mit einem Vergleichswiderstand in Reihe an eine Versorgungsspannung angeschaltet ist, wobei an einer in der Meßkammer angeordneten, den Verbindungspunkt von Meßkammer und Vergleichswiderstand bildenden Meßelektrode Spannungsänderungen abgreifbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert des Vergleichswiderstandes (R[tief]V) um mindestens die Hälfte kleiner als der Widerstandswert der Meßkammer (11) im Ruhezustand ist, und dass die isolierenden Träger (15, 16) für die Meßelektrode (13) einerseits und für die Außenelektrode (12) der Meßkammer (11) andererseits unabhängig voneinander elektrisch mit der Außenelektrode (17) des Vergleichswiderstandes gekoppelt sind.

2. Ionisationsbrandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (R[tief]M) der Meßkammer (11) um etwa eine bis zwei Zehnerpotenzen größer ist als der Vergleichswiderstand (R[tief]V).

3. Ionisationsbrandmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (16) für die Meßelektrode (13) als Vergleichswiderstand (R[tief]V) dient.