DE2729599A1

DE2729599A1 - Detektor mit ionisationskammer

Info

Publication number: DE2729599A1
Application number: DE19772729599
Authority: DE
Inventors: Connor Dennis Roy
Original assignee: Chloride Group Ltd
Current assignee: Chloride Group Ltd
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1978-02-02
Also published as: JPS5333600A; CA1091826A; IL52357A0; CH616768A5; FR2393303A1; FR2393303B1; IE45520L; IE45520B1; US4328424A; IL52357A

Description

Beschreibung

Detektor mit Ionisationskammer

Die Erfindung betrifft einen Detektor mit einer Ionisationskammer z.B. zum Nachweis von Rauch, der in der Lage ist, ein Alarmsignal zu geben, wenn ein Feuer in einem Gebäude unmittelbar bevorsteht.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen einfach aufgebauten kleinen Detektor zu schaffen, welcher trotzdem sehr empfindlich gegenüber Rauch ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Detektor mit einer Ionisationskammer mit einer ersten und zweiten Elektrode, einer Meßelektrode und einer Einrichtung zum Ionisieren von Gas in der den Raum zwischen den drei Elektroden einschließenden Kammer gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der freiliegende Leitungsbereich der ersten Elektrode begrenzt und die Meßelektrode in der Nähe des freiliegenden Bereichs angeordne t ist.

Die Anordnung der Meßelektrode in Bezug auf die erste Elektrode konzentriert das elektrische Feld innerhalb des einer Elektrode benachbarten Teils der Kammer und gewährleistet, daß das Vorhandensein von Rauch einen größeren Einfluß auf den Ionisationsstrom zwischen der Meßelektrode und

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der anderen Elektrode als auf den Ionisationsstrom zwischen der ersten Elektrode und der Meßelektrode hat.

Die erste Elektrode besteht vorzugsweise aus einem Stab, der sich in die Ionisationskammer erstreckt und von einer Isolationshülse umschlossen ist, mit Ausnahme des freiliegenden Bereiches, der sich an seinem inneren Ende befindet. Die Isolationshülse erstreckt sich vorzugsweise um die Seiten der ersten Elektrode mit Ausnahme einer kurzen Strecke der Seiten des inneren Endes.

Die erste Elektrode kann konzentrisch innerhalb der anderen Elektrode, welche die Wand der Ionisationskammer bildet, angeordnet werden. Hierdurch wird der Raum innerhalb der Kammer wirksam in zwei Bereiche eingeteilt, einen zentralen Bereich zwischen der Meßelektrode und dem freiliegenden Bereich der ersten Elektrode und einen größeren umgebenden Bereichs zwischen der Meßelektrode und der Wand der Ionisationskammer.

Die Ionisationseinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus einem Stück radioaktiven Materials, z.B. einer Folie aus Radium oder Americium . Dieses Material kann irgendwo in der Ionisationskammer angeordnet werden, obwohl sich eine zweckmäßige Position auf der Meßelektrode zentral gegenüber dem freiliegenden Teil der ersten Elektrode befindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Kammer eine isolierende Grundplatte, welche die Meßelektrode trägt, die ihrerseits eine Folie aus Americium trägt. Die Ionisationskammer besteht aus einer sich nach oben erstreckenden

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Wand mn die Grundplatte und einer Endwand, welche die Kammer schließt, wobei alle diese Wände perforiert sind und sich die erste Elektrode durch die Endwand der Ionisationskammer in Form eines zylindrischen Leitungsstabes erstreckt, der im festen Sitz innerhalb einer Isolationshülse angeordnet ist.

Die Empfindlichkeit des Detektors ist nicht genau reproduzierbar von Exemplar zu Exemplar, wenn die Dielektrizitätskonstante des Isolationsmaterials von Exemplar zu Exemplar unterschiedlich ist. Der kritische Bereich des Detektors ist der Bereich hoher elektrischer Feldstärke zwischen der ersten Elektrode und der Meßelektrode. Durch Beenden der Isolation kurz vor dem Ende der langgestreckten ersten Elektrode, so daß der letzte Teil der Länge ihrer Seiten nicht von der Isolation bedeckt ist, wird die Isolation aus diesem Bereich hoher elektrischer Feldstärke entfernt und demzufolge spiegeln sich Veränderungen in der Dielektrizitätskonstante nicht in wesentlichen Veränderungen in der Empfindlichkeit des Detektors wieder. Darüber hinaus ist der Detektor empfindlicher, da der Oberflächenbereich des freiliegenden Endes der langgestreckten ersten Elektrode größer ist. Hierdurch wird die Form des elektrischen Feldes im Bereich zwischen der ersten Elektrode und der Meßelektrode geändert, wodurch sich eine erhöhte Empfindlichkeit ergibt.

Die Isolation muß sich in angemessenem Maße bis nahe zum Ende der langgestreckten Elektrode erstrecken, um zu verhindern, daß die Linien der elektrischen Feldstärke direkt von der positiven Elektrode zu einer umgebenden negativen Elektrode verlaufen in Abänderung des gewünschten Weges über die Neßelektrode.

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ORIGINAL INSPECTED

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Rauchdetektor der Ionisationsbauart gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Komponenten des Detektors und

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm des Detektors.

Der Detektor enthält eine Ionisationskammer, die aus dem Raum zwischen einer isolierenden Grundplatte 14 und einer perforierten Wand 13 besteht, die sich nach oben von den Seiten der Grundplatte 14 mit einem geschlossenen Oberteil erstreckt. Eine Meßelektrode 15 ist in einer zentralen Ausnehmung in der Grundplatte 14 angeordnet. Auf der freiliegenden Fläche der Meßelektrode 15 ist in der Mitte eine langgestreckte Folie 16 aus Americium angeordnet.

Zentral von der Folie 16 aus in nahem Abstand ist das freiliegende Ende einer zylindrischen Elektrode 11 angeordnet, welche sich im Festsitz innerhalb einer Isolationshülse 12 befindet, welche zur Montage der Elektrode 11 in der oberen Wand der Kammer und zur Isolation gegenüber dieser dient.

Die Isolationshülse 12 erstreckt sich nach unten über den größeren Teil der Längserstieckung der Seiten der langgestreckten zylindrischen Stabelektrode 11, endet jedoch kurz vor dem freiliegenden Ende dieser Elektrode. Dies bedeutet, daß die Isolation aus dem Bereich hoher Feldstärke zwischen den Elektroden 11 und 15 entfernt ist, so daß die Empfindlichkeit des Detektors in keinem nennenswerten Umfang von der Dielektrizitätskonstante des Materials der Isolations-

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ORIGINAL INSPECTED

hülse 12 abhängt. Die Hülse endet ausreichend nahe am Ende der Elektrode 11, um zu verhindern, daß die Linien der elektrischen Feldstärke direkt von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode verlaufen im Unterschied zum erwünschten Verlauf über die Meßelektrode 15.

Um übermäßige Leckströme von der Meßelektrode 15 zur zweiten Elektrode 13 über die Oberfläche der isolierenden Grundplatte 14 zu verhindern, kann ein leitender Schutzring in eine ringr förmige Nut in der oberen Seite der Grundplatte eingefügt werden, der die scheibenartige Meßelektrode 15 umgibt und innerhalb der perforierten Wand 13 angeordnet ist.

Die Oberfläche der Grundplatte 14 ist zwischen der Meßelektrode 15 und der die negative Elektrode bildenden perforierten Hand 13 gewellt, wie an der Stelle 21 zu sehen ist, um die Länge des Kriechweges über die Isolation zwischen diesen Elektroden zu vergrößern.

Die perforierte Hand 13 ist Teil einer Untereinheit, welche die äußere Hand der Ionisationskammer bildet und drei Komponenten enthält. Die perforierte Hand 13 ist ein einfacher Netzbecher mit einem Oberteil mit einer zentralen Öffnung für die Isolationshülse 12 und einer kegelstumpfförmigen Seitenwand. Dieser Becher ist in ein inneres Formstück 22 eingepaßt mit vier radial ausgerichteten Halterippen 23, die sich von einem Rand 24 zu einer zentralen Scheibe 25 erstrecken. Darüber hinaus ist ein äußeres Formstück 26 vorgesehen, das sich um den geöffneten Teil des inneren Formstückes 23 erstreckt und vier in Umfangsrichtung im gleichen Abstand angeordnete Schlitze 27 in seiner kegelstumpfförmigen Seitenwand aufweist, welche den Rippen 23 gegenüberliegen. Die Anordnung erlaubt einen freien Zugang der Umgebungsluft zur

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Ionisationskammer innerhalb der Wand 13, wobei jedoch kein direkter Durchgang für die Luft besteht, sondern ein Abzweigen um die Rippen erforderlich ist.

Elektrische Schaltungskomponenten sind in einer Kammer 29 unterhalb der Grundplatte 14 und innerhalb einer unteren Wand 31 enthalten. Elektrische Verbindungen 32 führen jeweils von den Elektroden 11 und 13 nach unten um die Untereinheit 24, 26 herum in die Kammern 29. Eine Verbindung 33 von der Meßelektrode 15 erstreckt sich direkt in die Kammer 29. Wenn ein Schutzring vorhanden ist, wie oben beschrieben, ersteckt sich die Verbindung von diesem Schutzring ebenfalls durch die Grundplatte

Weiterhin ist ein AuBengehäuse 34 mit Schlitzen zum Eintritt von Luft vorgesehen. Von einem zentralen Loch im Oberteil des Gehäuses 34 erstreckt sich ein Lämpchen 35, um eine sichtbare Alarmanzeige zu geben. Diese Lampe ist mit Schaltungskomponenten in der Kammer 29 verbunden.

In Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm gezeigt. Die Elektroden 11 und 13 sind jeweils mit der Saug- bzw. Kollektor- und Quellen- bzw. Emitterelektrode eines Feldeffekttransistors 17 verbunden, während die Torelektrode des Feldeffekttransistors mit der Meßelektrode 15 verbunden ist. Der Schaltkreis besteht aus herkömmlichen Komponenten und arbeitet derart, daß bei Anstieg der Spannung an der Meßelektrode 15 der Kollektor-Emitterstrom in dem Feldeffekttransistor 17 ansteigt, so daß die Spannung am Widerstand R1 ebenfalls ansteigt und diese Spannung an der Basis des Transistors TR3 auftritt, der die Spannung zu einem Signal geringer Impedanz umwandelt, das einen Transistor TR4

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triggern kann, der ein programmierbarer Unijunction-Transistor (PUT) ist. Der Transistor TR4 wird nur triggern, wobei der Ausgangsthyristor CSR1 gezündet wird, wenn am Eingang A des Transistors TR4 eine Spannung anliegt, welche die Schwellwertspannung übersteigt, die durch die Einstellung eines Potentiometers RV1 bestimmt wird. Wenn der Thyristor CSR1 gezündet ist, steigt der Strom durch den Detektor an. Dieser Strom wird gewöhnlich durch die Schaltung in dem Feueralarmkontrolleinschub begrenzt. Dies stellt das Alarmsignal dar und durch die Erleuchtung der Lampe 35, welche eine lichtaussendende Diode D7 ist, wird eine lokale Anzeige des Übergangs des Detektors in den Alarmzustand gegeben.

Hiermit wird ein Alarm in Abhängigkeit von der Spannung der Meßelektrode 15 gegeben. Der Betrieb des Detektors ist derart, daß ein Ionisationsstrom zwischen den Elektroden unter dem Einfluß des elektrischen Feldes in der Ionisationskammer fließt und die Spannung der Meßelektrode 15 eine Zwischenspannung ist, welche durch das Verhältnis der Impedanz zwischen den Elektroden 11 und 15 zu derjenigen zwischen den Elektroden 15 und 13 bestimmt wird.

Unter normalen Bedingungen, unter denen kein Rauch in der Kammer vorhanden ist, wird das Verhältnis der Impedanz zwischen den Elektroden 11 und 15 zu der Impedanz zwischen den Elektroden 15 und 13 durch die elektrischen Feldkonzentrationen in den beiden Teilen der Kammer festgelegt. Diese Konzentrationen werden ihrerseits durch die Größe, Form und den Abstand der Elektroden bestimmt. Daher kann die Kammer so betrachtet werden, daß sie aus einem inneren Teil zwischen der positiven Elektrode 11 und der Meßelektrode

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und einem umgebenden äußeren Teil zwischen der Meßelektrode 15 und der negativen Elektrode 13 besteht.

Die Beziehung der Meßelektrode 15 zur positiven Elektrode 11 dient zur Konzentration des elektrischen Feldes in diesem Bereich, da im wesentlichen alle Linien der elektrischen Feldstärke eher zu dem begrenzten freiliegenden Ende der Elektrode 11 als durch die Isolation zu den Seiten dieser Elektrode verlaufen. Wenn Rauch innerhalb der Ionisationskammer auftritt, verbinden sich Ionen mit den Rauchteilchen und verlieren somit ihre Beweglichkeit. Dieser Effekt tritt deutlicher in dem größeren Bereich zwischen der Meßelektrode 15 und der negativen Elektrode 13 als zwischen der positiven Elektrode 11 und der Meßelektrode 15 auf. Dies bewirkt einen Anstieg der Impedanz des äußeren Teils der Kammer, so daß die Spannung an der Meßelektrode 15 auf den Schwellwert ansteigt, wenn die Rauchkonzentration ausreichend groß ist.

Dies gibt eine ausreichende Empfindlichkeit, um von einer ziemlich kleinen Ionisationskammer ein Signal vom Feldeffekttransistor zubekommen. Der Aufbau des Detektors ist einfach, da ein einziges Stück radioaktiven Materials für beide Teile der Kammer ausreicht.

Darüber hinaus ist nur ein Leckweg hoher Impedanz gegeben, der die Empfindlichkeit des Detektors beeinflussen könnte, d.h. über die isolierende Grundplatte 14 zwischen den Elektroden 15 und 13. Wenn dieser Teil gewellt ist, wie an der Stelle 21 gezeigt, oder mit einem Schutzring bedeckt ist, wie oben beschrieben worden ist, oder wenn beides vorliegt, ist der Detektor unempfindlicher gegenüber einer Verschutzung durch Staub und Schmutz als herkömmliche Detektoren, die zwei oder mehrere Wege hoher Impedanz verwenden.

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ORIGINAL

Leerseite

Claims

DOST & ALTENBURG

PATENTANWÄLTE

WOLFOANO DOST, dr «ei», hat, oipl.-cmcm. UOO ALTENBURa, DiM--Pwve.

8 MÜNCHEN SO TELEFON: TELEGRAMME: TELEX:

QALILEIPI-ATZ Ο8β-0ββββ4 OAULEIPAT MÜNCHEN O5-227S1 luscod

DATUM: 30. 6. 1977

K 1069 Ab/Ho

CHLORIDE GROUP LIMITED
London, Großbritannien

Patent an Sprüche

; 1./ Detektor mit einer Ionisationskammer mit einer ersten und zweiten Elektrode, einer Meßelektrode und einer Einrichtung zum Ionisieren von Gas in der den Raum zwischen den drei Elektroden einschließenden Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß der freiliegende Leitungsbereich der ersten Elektrode (11) begrenzt und die Meßelektrode (15) in der Nähe des freiliegenden Bereichs angeordnet ist.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode ein Stab (11) ist, der sich in die Ionisationskammer erstreckt und von einer Isolationshülse (12) umschlossen ist, mit Ausnahme des frei liegenden Bereichs, der sich an seinem inneren Ende befindet.

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—QRIGINAL INSPECTED
3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Isolationshülse (12) um die Seiten der Elektrode (11) angeordnet ist, mit Ausnahme des Endes und einer kurzen Strecke der Seiten am inneren Ende.
4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode von einer perforierten Wand (13) der Ionisationskammer gebildet wird, die einen freien Zutritt der Rauchteilchen enthaltenden Umgebungsluft ermöglicht.
5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Bereich zwischen der Meßelektrode (15) und dem freiliegenden Bereich der ersten Elektrode (11) und ein größerer umgebender Bereich zwischen der Meßelektrode (15) und der zweiten Elektrode (13) vorgesehen ist.
6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationseinrichtung ein radioaktives Material (16) aufweist, das zentral auf der Meßelektrode (15) gegenüber dem freiliegenden Teil der ersten Elektrode (11) angeordnet ist.
7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer von einer isolierenden Grundplatte (14), welche die Meßelektrode (15) trägt, und einer nach oben sich erstreckenden perforierten Wand (13), welche von der Grundplatte getragen wird und die zweite Elektrode bildet, begrenzt wird.
8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

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die isolierenden Grundplatte (14) derart geformt ist, daß ein langer Kriechweg über die Isolation zwischen der Meßelektrode (15) und der zweiten
Elektrode (13) ausgebildet wird.
9. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzleiter zwischen der Meßelektrode (15) und der zweiten Elektrode (13) vorgesehen und derart verbunden ist, daß der Leckstrom von der Meßelektrode zur zweiten Elektrode reduziert wird.
10.Detektor nach Anspruch 8 und 9 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzleiter von der isolierenden Grundplatte (14) zwischen der Meßelektrode (15) und der zweiten Elektrode (13) getragen wird.

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