DE2822547A1

DE2822547A1 - Vorrichtung zur ueberpruefung des schwebstoffgehalts der atmosphaere, insbesondere zur verwendung als rauchmelder

Info

Publication number: DE2822547A1
Application number: DE19782822547
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Homma; Yukio Yamauchi
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1977-05-23
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1978-12-07
Also published as: GB1583935A; JPS53144387A; CH640651A5; FR2391743B1; US4203100A; JPS6159456B2; FR2391743A1

Description

PArENTANWALT

WOLFGANG SCHULZ-DÖRLAM

INGENIEUR DIPLOME

D-8000 MÜNCHEN 80

MAUERKIRCHERSTRASSE 31

TELEFON (089)98 19 79

Hochiki Corporation H387 DE

2-10-43 Kaal Osaki
Shinagawa-ku
Tokio (Japan)

Vorrichtung zur überprüfung des Schweb» atoffgehalta der Atmosphäre, insbesondere zur Verwendung als Rauchmelder

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur überprüfung des Schwebstoff gehaltβ der Atmosphäre, insbesondere zur Verwendung als Rauchmelder, nach de« Oberbegriff des Anspruchs 1,

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (US-PS 3 846 772), Hierbei umfaßt die Schwellwertschaltung der Auswerteschaltung eine Vergleichsschaltung, die ein Ausgangssignal von gegenüber de« Ruhezustand umgekehrter Polarität als Meldesignal erzeugt, wenn der vorgegebene Schwellenwert überschritten ist. Dabei sind Sender und Empfinger impulsweise betrieben, und die rom Empfanger in regelmäßiger Folge abgegebenen Spannungsimpulse, deren Amplitude sich

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bei einer Erhöhung der Schwebstoffkonzentration in der Meßstrecke verringert, werden abwechselnd Kittels jeweils eines von zwei vorgesehenen Kondensatoren gespeichert. Die Vergleichsschaltung vergleicht abwechselnd das aji ersten Kondensator liegende, aktuelle Ausgangssignal des Empfängers alt dem vom zweiten Kondensator gespeicherten, zu eine» früheren Zeitpunkt gewonnenen Ausgangssignal des Stapfängers, dann das am zweiten Kondensator liegende, aktuelle Ausgangssignal des Empfängers mit dem zu einem früheren Zeltpunkt gewonnenen, im ersten Kondensator gespeicherten Ausgangssignal des Empfängers usf. Hierdurch können nur solche, relativ sprunghaftenÄnderungen der Schwebstoffkonzentration erfaßt werden, die zwischen zwei aufeinanderffolgenden Vergleichsvorgängen eine merk* liehe Änderung des Ausgangesignals gegenüber dem Wert dieses Ausgangssignals beim zeitlich vorangehenden Vergleichsvorgang bewirken. Langsame Änderungen der Schweb* Stoffkonzentration können dagegen nicht erfaßt werden. Hierdurch soll die fälschliche Abgabe eines Meldesignals in Fällen ausgeschlossen werden, bei denen sich beispielsweise aufgrund einer Alterung der Strahlungsquelle des Senders, einer Verschmutzung der die Meßstrecke senderseitig und empfängerseltlg begrenzenden Linsen oder einer Alterung der elektrischen Bauelemente des Empfängers eine langsame Änderung von dessen Ausgangssignal ergibt.

Es gibt in der Praxis Fälle, in denen auch eine langsame Zunahme der Konzentration des Schwebstoffgehaltes erfaßt werden soll. Dies ist insbesondere bei der Verwendung einer Vorrichtung der genannten Art als Rauchmelder der Fall, da hier nicht nur eine bei einem starken Feuer auftretende plötzliche Erhöhung der Rauchkonzentration erfaßt werden soll, sondern auch Schwelbrände erkannt werden sollen, bei denen die Rauchkonzentration nur sehr

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langsam zunimmt«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überprüfung des Schwebstoffgehaltes der Atmosphäre derart auszubilden, daß außer einer plötzlichen Zunahme des Schwebstoffgehaltes auch dessen relativ langsame zeitliche Zunahme erfaßt und gemeldet werden kann, daß aber gleichwohl eine Kompensation von solchen StöreinflUssen möglich bleibt, die sich nur sehr langsam ändern· Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzelchentell des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Referenzspannung des Speicherelements der Ausgangsspannung des Empfängers dadurch nachgefUhrt, daß in Abhängigkeit von Korrektursignalen das Speicherelement geladen oder entladen wird, wobei das Aufladen und Entladen über eine Widerstandsschaltung erfolgt. Aufladung und Entladung über die Widerstandsschaltung bewirken eine Nachführung der Referenzspannung mit einer gewissen Zeitkonstanten, und durch genügend große Wahl dieser Zeitkonstanten kann erreicht werden, daß von der Vorrichtung auch noch ein sehr langsamer Anstieg des Schwebstoffgehaltes gemeldet wird. Es hat sich nämlich in der Praxis gezeigt, daß auch ein relativ langsamer Anstieg des Schwebstoffgehaltes immer noch sehr viel schneller abläuft als praktisch alle in der Praxis vorkommenden Änderungen von Störgrößen, wie Alterung der Strahlungsquelle des Senders, Öl- und Staubniederschlag auf den Linsen der Meßstrecke, Alterung der elektrischen Komponenten, Einfluß der Umgebungstemperatur und der Feuchte auf das Verhalten von Sender, Empfänger und Auswerteschaltung usf. Daher kennen solche Störgrößen auch durch eine relativ langsame Mach-

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führung der Referenzspannung sicher unterdrückt werden.

Als Beispiel sei die zeitliche Veränderung des Rauchgehalts der Atmosphäre und von Störgrößen bei einer als Rauchmelder verwendeten Vorrichtung angegeben, deren Meßetrecke eine Länge von 30 cn hatte und bei der als die Meßstrecke durchsetzende Strahlung sichtbares Licht verwendet wurde. Bei einen Versuch mit eine« Schwelbrand mittlerer Größe ergab sich innerhalb 1 h nach Entzündung eine annähernd konstante Zunahme der Rauchdichte und damit eine annähernd lineare Abnahme der Lichtdurchlässigkeit in der NeBstrecke von etwa 40 %/h. Andererseits ergab sich die stärkste Veränderung des Ausgangssignals des Empfängers durch Änderungen der Umgebungstemperatur, wie sie zwischen Sommer und Winter auftreten können, aber bei relativ schnellen Änderungen der Umgebungstemperatur besonders ausgeprägt sind. Solche sprunghaften Temperaturänderungen treten beispielsweise bei der Inbetriebnahme einer Klimaanlage auf. Wegen der Wärmeträgheit der elektrischen und mechanischen Komponenten der Vorrichtung ergab sich dabei jedoch eine Änderung des Ausgangesignals des Empfängers von weniger als 10 %/h. Andere Störgrößen, wie Alterung und Verschmutzung der Strahlungsquelle, Verschmutzung der Meßstrecke oder Alterung der elektrischen Komponenten des Empfängers führten schlimmstenfalls zu einer Abnahme von dessen Ausgangssignal um 10 %/d. Der Rauchmelder konnte daher so empfindlich eingestellt werden, daß er noch Schwelbrände erfassen konnte, bei denen die Zunahme der Trübung der Atmosphäre oder die Abnahme der Lichtdurchlässigkeit der Atmosphäre 12 %/h betrug. Allgemein gesagt, wird man also die Widerstandswerte der Widerstandsschaltung der Korrekturschaltung so wählen, daß die Auflade- und Entladezeitkonstanten des Speicherelements größer sind als diejenige Zeitkonetan-

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te, alt der der Schwebstoff gehalt bein geringsten zu erfassenden zeitlichen Anstieg zunimmt, sofern diese Zeltkonstante nur geringerist als diejenige, ait der sich Üblicherweise auf die Vorrichtung einwirkende, langsam veränderliche Störgrößen verändern. Insbesondere haben sich eine Länge der Meßstrecke von 30 ca, eine Auflade- und Entladezeitkonstante des Speicherelemente von 12 %/h und eine derartige Bemessung der Referenzspannung als zweckmäßig erwiesen, daß diese bei Erreichen des Schwellenwertes, bei dem das Meldesignal erzeugt wird, 50 % der Ausgangsspannung des Empfängers beträgt.

Eine wichtige Ausgestaltung besteht darin, daß zur impulsweisen Speisung des die Strahlung aussendenden Elements des Senders ein Impulsgenerator vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Dauer der von ihm erzeugten Impulse gering ist gegenüber deren Folgezeit, und daß die Korrekturschaltung in Abhängigkeit vom Vorliegen eines Impulses des Impulsgebers wirksam schaltbar ist. Dabei müssen dann die Widerstandswerte der Widerstandsschaltung so bemessen werden, daß die infolge der impulsweisen Aufladung bzw· Entladung des Speicherelements zeitlich treppenartig verlaufende Referenzspannung Insgesamt annähernd einen Verlauf hat, bei dem die über mehrere aufeinanderfolgende Impulse gemittelte Auflade- bzw« Entladezeitkonstante des Speicherelements größer ist als diejenige Zeitkonstante, mit der der Schwebstoffgehalt beim geringsten zu erfassenden zeitlichen Anstieg zunimmt« Mit anderen Worten ist dann also die bei regelmäßiger, impulsweiser Aufladung oder Entladung des Speicherelements sich jeweils ergebende Änderung des Betrags der Referenzspannung geringer als die sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ergebende Änderung des Ausgangssignale des Empfängers, oder wieder anders ausgedrückt, 1st die sich bei einem

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Impuls ergebende prozentuale Änderung der Referenzspannung bezogen auf die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Inpulsen stets geringer als das prozentuale, d.h. auf den Ruhewert bezogene zeitliche Differential der auf den Empfänger auftreffenden Strahlung, wenn sich diese aufgrund des Eintritts von Schwebstoffen in die Meßstrecke verringert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den AnsprU«· chen 3 ff · angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Rauchmelders gemäß der Erfindung;

Fig. 2 bis 5 Blockschaltbilder weiterer Ausführungeformen von Rauchaeldern gemäß der Erfindung;

Fig. 6 in genauerer Darstellung die elektrische Schaltung eines weiteren Ausftihrungsbeispiels eines Rauch-Melders gemäß der Erfindung;

Fig. 7 «in Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Rauchmelders gemäß Fig. 6.

Mit Bezugszeichen versehene, nicht erwähnte Teile von Figuren gleichen den mit denselben Bezugszeichen versehenen Teilen vorangehender Figuren zumindest hinsichtlich der grundsätzlichen Funktionsweise.

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In Fig. 1 ist ein Sender 1 zua Aussenden von Licht ausgebildet und umfaßt in nicht dargestellter Weise ein lichtaussendendes Element und Linsen. Ein Teil des ausgesandten Lichts fällt direkt auf das nicht dargestellte Empfangselement eines Empfangswandlers 3, der zusammen mit einem nachgeschalteten Verstärker 4 den Empfänger bildet* Dieser erzeugt im Ruhezustand eine endliche Auegangsspannung, die sich bei Anwesenheit von Rauch in der Μββstrecke 2 um so stärker betragsmäßig verringert, je höher die Rauchdichte ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 wird jeweils einem Eingang einer Schwellwertschaltung 5 und einer Vergleichsschaltung 6 zugeführt.

Der zweite Eingang der Vergleichsschaltung 6 ist mit der von einer Speicherschaltung 7 gelieferten Referenzspannung beaufschlagt, und zwar besteht beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Speicherschaltung 7 aus einer Speicherzelle 9. Die Speicherzelle 9 kann grundsätzlich von beliebiger bekannter Bauart sein, bei der zwei Elektroden in einen Elektrolyten eintauchen. Vorzugsweise 1st die Zelle 9 wie beim Ausführungsbeispiel eine galvanische Zelle, bei der die an ihr abgenommene Referenzspannung durch Aufladung und Entladung zwischen annähernd Null und einem Wert veränderlich ist, der höher liegt als der Ruhewert der Ausgangsspannung des Verstärkers 4. Die Referenzspannung ist dabei dem zeitlichen Integral des Auflade- bzw. Entladestroms proportional, der Über die beiden Elektroden der Zelle 9 und aufgrund der Bewegung von Ionen durch den Elektrolyten hindurch fließt.

Die Aufladung und Entladung der Zelle 9 erfolgt mittels einer Korrekturschaltung 10 in Abhängigkeit von zwei Korrektursignalen, die von der Vergleichsschaltung 6 erzeugbar sind. Bei Gleichheit zwischen der Ausgangs-

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spannung des Verstärkers 4 und der Referenzspannung an der Zelle 9 gibt die Vergleichsschaltung 6 kein Korrektursignal ab. Oberschreitet die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 die Referenzspannung, so gibt die Vergleichsschaltung 6 ein erstes Korrektursignal ab, das die Betätigung eines im Ruhezustand offenen Schalters 11 der Korrekturschaltung 10 bewirkt. Hierdurch wird der eine Pol der Zelle 9» deren anderer Pol an Masse liegt, über die Reihenschaltung des Schalters 11 und eines Ladewiderstands R» mit einer positiven Spannung V+ verbunden, die höher ist als die Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4, wodurch die Zelle 9 geladen und die Referenzspannung in Annäherung an die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 erhöht wird. Liegt andererseits die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 tiefer als die Referenzspannung, so gibt die Vergleichsschaltung 6 ein zweites Korrektursignal ab, das die Betätigung eines in Ruhezustand offenen Schalters 12 der Korrekturschaltung 10 bewirkt, wodurch der masseferne Pol der Zelle 9 über die Reihenschaltung des Schalters 12 und eines Entladewiderstands R^ mit einer negativen Spannung V- verbunden, die Zelle 9 entladen und die Referenzspannung in Annäherung an die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 vermindert wird. Durch die Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R,, R^ erfolgt die Aufladung bzw. Entladung mit einer relativ großen Zeitkonstanten, die ausreicht, langsame, auf StörungseinflUssen beruhende Änderungen der Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 zu kompensieren, d.h. die Referenzspannung bei Abwesenheit von Rauch in der Meßstrecke 2 unabhängig vom sich langsam ändernden Absolutwert der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 dieser Ausgangsspannung gleichzumachen. Eine allmähliche Verringerung oder auch Erhöhung der Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 kann sich beispielsweise ergeben aus einer Alterung des lichtaussendenden Elements des Sen-

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ders 1, einer Verstaubung der die Heßstrecke 2 begrenzenden Linsen» einer Alterung des Empfangselements des Empfangswandlers 3» einer Alterung der elektrischen Komponenten des Verstärkers 4 oder einer Änderung der Umgebungstemperatur. Alle diese Störgrößen werden daher kompensiert und können nicht zur Abgabe eines Meldesignals führen.

Die Schwellwertschaltung 5 umfaßt beim Ausftihrungsbeispiel der Fig. 1 einen Operationsverstärker, dessen invertierender Eingang mit der Auegangsspannung des Verstärkers 4 beaufschlagt ist, während sein nicht invertierender Eingang an den Abgriff eines aus Widerständen R₁, R₂ gebildeten, mit der Referenzspannung beaufschlagten Spannungsteilers liegt; der dem Abgriff abgewandte Anschluß des Widerstands R. 1st an den massefernen Pol der Zelle 9 angeschlossen, während der dem Abgriff abgewandte Anschluß des Widerstands R₂ an Masse liegt. Mindestens einer der Widerstände R₁, R₂ ist zweckmäßig verstellbar. Das Verhältnis ihrer Widerstandswerte beträgt beim Ausftihrungsbeispiel annähernd 1 : 9, d.h. die im Ruhezustand negative Ausgangespannung des Operationsverstärkers kehrt ihre Polarität um, wenn aufgrund des Eintritts von Rauch in die Meßstrecke 2 die vom Empfangswandler 3 aufgenommene Lichtmenge um mindestens 10 % absinkt und demgemäß die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 um mindestens 10 % gegenüber der Referenzspannung absinkt. Bei der Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5 wird eine dieser nachgeschaltete Alarmvorrichtung 8 betätigt, die beispielsweise einen von der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5 gesteuerten Schalter und ein· damit einschaltbare Hupe aufweist.

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Es ist ohne weiteres einsehbar, daß die Betätigung der Alarmvorrichtung β dann erfolgt, wenn die genannte Zunahme der Rauchdichte in der Meßstrecke 2 relativ plötzlich erfolgt, wie dies bei einem starken Feuer der Fall ist· Aber auch bei einem Schwelbrand, bei dem sich die Rauchdichte in der Meßstrecke 2 nur relativ langsam erhöht und demgemfiß die Ausgangsspannung des Verstärkers

4 vom Ruhewert ausgehend nur langsam absinkt, wird ebenfalls eine Polaritätsumkehr am Ausgang der Schwellwertschaltung 5 und eine Betätigung der Alarmvorrichtung β erhalten, da wegen der großen Entladezeitkonstanten der Zelle 9 die Referenzspannung noch langsamer als die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 absinkt, so daß auch in diesem Falle die zur Polaritätsumkehr führende Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen der Schwellwertschaltung

5 erhalten wird.

Wird trotz einer ggf. vorhandenen Abschirmung der Meßstrecke 2 gegen Umgebungslicht die vom Empfangswandler 3 erfaßte Lichtstärke plötzlich kurzzeitig erhöht, beispielsweise weil in der Umgebung ein Lichtblitz erzeugt wird, der teilweise durch die Abschirmung hindurchdringt, so kann die entsprechende Erhöhung der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 nicht zur Betätigung der Alarmvorrichtung führen, da durch die Erhöhung der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 gegenüber der Referenzspannung die Polarität der Eingangsspannungsdifferenz der Schwellwertschaltung 5 und damit die Polarität von deren Ausgangsspannung nicht verändert wird. Allerdings führt die Erhöhung der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 in diesem Fall zu einer kurzzeitigen Aufladung der Zelle 9» Wegen der großen Aufladezeitkonstanten der Zelle 9 und der geringen Dauer des Lichtblitzes ist jedoch die resul-

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tierende Erhöhung der Referenzspannung nur vernachlässigbar gering, so daß ein solcher StöreinfluS praktisch ebenfalls keine Wirkung auf die korrekte Betätigung der Alarmvorrichtung 8 hat.

Bei den AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 1 hingt die Betfttigung der Alarmschaltung 8 günstigerweise nicht vom Absolutbetrag der Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 ab, solange die Alarmschaltung 8 selbst nicht ein ausgeprägtes Schwellwertverhalten aufweist. Venn beispielsweise die Ruhe~Ausgang8spannung des Verstärkers 4 20 V beträgt und die Referenzspannung an der Zelle 9 auf denselben Wert nachgeführt ist, so ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers der Schwellwertschaltung 5 alt der Spannung von 20 V beaufschlagt, während bei dea angegebenen Widerstandsverhältnis zwischen den Widerständen R₁, R₂ der nicht invertierende Eingang mit einer Spannung von 18 V beaufschlagt ist, so daß eine Absenkung der Auegangsspannung des Verstärkers 4 um 2 V, d.h. um 10 % des Ruhewertee, zu einer Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5 führt. Hat andererseits die Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 einen Wert von 15 V angenommen und ist die Referenzspannung an der Zelle 9 auf diesen Wert nachgefUhrt, so werden die Eingänge des Operationsverstärkers mit 15 V bzw. 13,5 V beaufschlagt, und eine Absenkung der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 um 1,5 V, d.h. wiederum um 10 % vom Ruhewert, führt zur Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5· In beiden Fällen führt also eine Verringerung der vom Empfangswandler 3 erfaßten Lichtstärke um 10 £ zur Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5 und zur Betätigung der Alarmschaltung 8. Diese Konstanz der Ansprechempfindlichkeit bleibt zwar im wesentlichen erhalten, wenn zur Betätigung des Schalters der Alarm-

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vorrichtung 8 die Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5 nicht nur eine positive Polarität annehmen miß, sondern auch» wie dies in der Praxis stets der Fall ist, einen endlichen positiven Wert erreichen nuß. Der tatsächlich erreichte Wert der Ausgangsspannung und damit die Empfindlichkeit hängt vom Jeweiligen Ruhewert der Ausgangsspannung des Verstärkers ab. Bei größeren zur Betätigung des Schalters der Alarmschaltung 6 erforderlichen Schwellenwerten der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung 5 kann daher nachteiligerweise eine - wenn auch geringe - Veränderung der Ansprechempfindlichkeit unter dem Einfluß von Störgrößen auftreten. Dieser Nachteil wird bei dem in Flg. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig vermieden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig, 2 ist an Stelle der Schwellwertschaltung 5 in Fig. 1 mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 und der Referenzspannung der Speicherschaltung 7 ein Differenzverstärker 13 beaufschlagt, der eine der jeweiligen Differenz dieser Spannungen proportionale Ausgangsspannung erzeugt. Bezeichnet man beispielsweise den jeweiligen Wert der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 mit u und den jeweiligen Wert der Referenzspannung mit u_Q, so ist die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 13 proportional der Differenz u - u_Q. Dem Differenzverstärker 13 ist ein Dividierglied 14 nachgeschaltet, dem an einem zweiten Eingang die Referenzspannung zugeführt ist und das an seinem Ausgang eine Spannung erzeugt, die proportional dem Quotienten aus der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 13 und der Referenzspannung ist. Die Ausgangespannung des Dividierglieds 14 hat also einen Wert

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worin K eine Konstante ist. Dem Dividierglied 14 1st in nicht weiter dargestellter Welse ein Schwellwertschalter nachgeschaltet, der bei einem vorgegebenen Schwellenwert der Ausgangsspannung des Dividierglieds 14 ein Meldesignal erzeugt, beispielsweise der anhand Fig. 1 erwähnte Schalter in der Alarmvorrichtung 8, der zu seiner Betätigung eine endliche, dem Schwellenwert entsprechende Spannung benötigt. Diese Spannung wird hier nun unabhängig von dem jeweiligen Ruhewert der Ausgangsspannung des Verstärkers immer dann erhalten, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 um einen dem Schwellenwert entsprechenden, vorgegebenen Prozentsatz von der Referenzspannung abweicht. Die Ansprechempfindlichkeit hängt daher nicht von dem Einfluß von Störgrößen ab, die die Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 beeinflussen.

In Fig. 3 ist ein Ausfuhrungsbeispiel gezeigt, bei dem die Speisung des Senders 1, des Empfängers 3, 4 und der Auswerteschaltung 5t 6 , 7, 10 impulsweise erfolgt. Gewünachtenfalls kann auch in der dargestellten Weise die Alarmschaltung β Impulsweise gespeist sein· Diese Speisung ist gesteuert mittels eines Impulsgebers 16. Eine auch bei allen anderen AusfUhrungsbeisplelen vorhandene Gleichspannungsquelle 15 speist den Impulsgeber 16 sowie über einen vom Impulsgeber 16 betätigbaren Schalter 17 die übrigen elektrischen Teile der Vorrichtung. Die Impulsdauer der vom Impulsgeber 16 erzeugten Impulse ist zweckmäßig gering gegenüber der Impulsfolgezeit; beim Ausführungsbeispiel beträgt die Impulsdauer 1 ms und die Impulsfolgezeit (Abstand zwischen den Vorderflanken aufeinanderfolgender Impulse) 5 s.

Um bei der impulsweisen Speisung Einschwingvorgänge und

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Ausschwingvorgänge geviseeraaßen auszublenden, die zu einer fälschlichen Meldesignalabgabe führen konnten, sind die Schwellwertschaltung 5 und die Vergleichsschaltung 6 nur während einer gegenüber der Dauer Jedes Impulses geringen, innerhalb der Impulsdauer liegenden Abtastdauer wirksam geschaltet, und zwar wird nach einer gegenüber der Impulsdauer geringen Verzögerungszeit nach der Vorderflanke des Impulses die Vergleichsschaltung 6 während einer ersten Zeitdauer wirksam geschaltet und daran anschließend während einer zweiten Zeitdauer, in der die Vergleichsschaltung 6 wieder unwirksam 1st, die Schwellwertschaltungfwirksam geschaltet· Die zweite genannte Zeitdauer endet vor der RUckflanke des Jeweiligen Impulses· Zum Wirksamschalten der Vergleichsschaltung 6 und der Schwellwertschaltung 5 ist eine Abtastschaltung 18 vorgesehen, die jeweils bei Vorliegen eines Impulses des Impulsgebers 16 zeitlich nacheinander entsprechende Abtastimpulse erzeugt·

Der impulsweise Betrieb der Vorrichtung hat außer dem Vorteil eines verringerten Leistungsbedarfs den weiteren Vorteil, daS durch die Wahl der Impulsdauer und der Impulsfolgezeit die Aufladezeitkonstante und Entladezeitkonstante des Speicherelements der Speicherschaltung 7 beeinflußt werden kann und daß insbesondere eine relativ große Zeitkonstante bei nicht allzu hohen Widerstandswerten der Widerstände R,, R^ (Fig· 1) erreicht werden kann· Sehr hohe Widerstandswerte der Widerstände R^, R₄ sind nämlich wesentlich aufwendiger zu erreichen als niedrigere Widerstandswerte, und bei hohen Widerstandswerten müssen meist höhere Toleranzen in Kauf genommen werden als bei niedrigen Werten. Bei der Aufladung oder Entladung des Speicherelements (z.B· Zelle 9 in Flg. 1)

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der Speicherschaltung'ergibt sich bei Impulsweisem Betrieb zwar ein treppenähnlicher Verlauf der Referenzspannung» wobei der übergang von einer Treppenstufe zur nächsten wegen des relativ geringen Werts der Widerstände der verwendeten Yiderstandsschaltung (z.B. Widerstände R«, R^ in Fig. 1) Mit einer relativ geringen Zeitkonstanten erfolgt, jedoch hat dabei die Referenzspannung, über die Dauer mehrerer Impulse hinweg betrachtet, wiederum wie in Fig. 1 oder 2 einen der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 nur langsam nachgeführten Verlauf, und die Mittlere Zeitkonstante dieses Verlaufs hat wieder wie in Fig. 1 die Auf· lade- und Entladezeitkonstante der Zelle 9 einen relativ hohen Wert. Die Mittlere Zeltkonstante kann beim AusfUhrungsbeispiel ebenso wie die Zeitkonstante bei den Aueführungsbeispielen nach Flg. 1 und 2 zu 10 h gewählt werden, d.h. bei völlig entladenem SpeichereieMent der Speicherschaltung 7 und demgemäß dem Wert Null aufweisender Referenzspannung wird das Speicherelement in 10 h so weit aufgeladen, daß die Referenzspannung der Ruhe-Ausgangespannung des Verstärkers 4 gleicht* (Wegen der bei den Ausfuhrungsbeispielen annähernd linearen Aufladung und Entladung des Speicherelemente mit einem annähernd konstanten Strom ist die Zeltkonstante einfachheitshalber der tatsächlichen Aufladezeit gleichgesetzt; soweit eine solche lineare Aufladung nicht verwirklicht werden kann, wählt man die mittlere Zeitkonstante der Aufladung und Entladung zweckmäßig annähernd zu einem Drittel derjenigen Aufladezeit, die vergeht, bis bei entladenes Speicherelement die Referenzspannung die Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 erreicht hat, und für diese Aufladezeit wird zweckmäßig wiederum 10 h gewählt.)

Nach der erstmaligen Inbetriebnahme der Vorrichtung oder

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nach eines Ausfalls der Spannungequelle 15 vergeht zunächst

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die genannte Aufladezeit, bis das Vorliegen von Rauch in der Meßstrecke 2 geneidet werden kann. Die fSlschliche Abgabe eines Meldesignals ist zwar in dieser Zelt nicht möglich, da die Referenzspannung geringer als die Ausgangsspannung des Verstärker8 4 ist, jedoch 1st nachteiligerweise auch der Beginn eines Brandes nicht erfaßbar. Daher ist es zweckmäßig, die Aufladezelt zu verkürzen» Dies kann dadurch erfolgen, daß die Impulsfolgezeit der Impulse des Impulsgebers 16 verkürzt, d.h. dessen Frequenz erhöht wird. Hierbei wird also der Impulsgeber 16 hinsichtlich seiner Frequenz steuerbar oder umschaltbar ausgebildet. Zweckmüßig kann beispielsweise die Frequenz des Impulsgebers 16 durch Umschaltung auf das Hundertfache erhöht werden, wodurch die mittlere Aufladezeitkonstante des Speicherglieds annähernd auf ein Hundertstel ihres normalen Werts verringert wird, d.h. eine Aufladezelt von 10 h wird auf annähernd 6 min verkürzt. Rechtzeitig vor Ende dieser verkürzten Aufladezeit muß dann allerdings wieder die normale Frequenz des Impulsgebers 16 eingeschaltet werden, damit kein Uberschwlngen der Referenzspannung über die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 auftritt·

Insbesondere dann, wenn der Rauchmelder zusammen mit weiteren Meldern über eine Linie an eine entfernte Zentrale angeschlossen 1st, von der her die Spannungsversorgung erfolgt, ist es zweckmäßig, die Umschaltung des Impulsgebers 16 auf die höhere Frequenz Jeweils bei Inbetriebnahme durch ein gesondertes Signal von der Zentrale her zu bewirken, wobei dieses zusätzliche Signal, beispielsweise ein der Oleichspannung der Linie überlagertes Wechselspannungesignal, von der Zentrale während einer annähernd der Aufladezeit entsprechenden Dauer ausgesendet wird. Eine andere Möglichkeit, die Umschaltung des Impulsgebers 16 zu bewirken, besteht darin, daß mit der

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Auegangespannung des Verstärkers 4 und der Referenzspannung die Eingänge einer weiteren Vergleichsschaltung beaufschlagt werden, die iner dann ein Steuersignal er» zeugt, wenn die Auegangsspannung des Verstärkers 4 die Referenzspannung um einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wobei dann von dem Steuersignal dieser weiteren Vergleichsschaltung der Impulsgeber 16 auf die höhere Frequenz umgeschaltet wird* Der Schwellenwert, oberhalb von dem die weitere Vergleichsschaltung das Steuersignal erzeugt, ist dabei höher als derjenige Schwellenwert, bei dem die Vergleichsschaltung 6 das erste Korrektursignal erzeugt; die Schwellenwerte, bei denen die Vergleichsschaltung 6 das erste und zweite Korrektursignal erzeugt, sind im allgemeinen von vernachlässigbar geringem Betrag und Jedenfalls sehr viel kleiner als der Schwellenwert· bei dem die Schwellwertschaltung 5 die Abgabe eines Meldesignals bewirkt·

Eine weitere günstige Möglichkeit zur Verkürzung der Aufladezeit durch Erhöhung der Frequenz des Impulsgebere 16 besteht darin, diesen hinsichtlich seiner Frequenz steuerbar zu machen und in Abhängigkeit vom MaB der Überschreitung der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 über die Referenzspannung derart zu steuern, daß in der Umgebung der Differenz Null zwischen Ausgangsspannung des Verstärkers 4 und Referenzspannung die Frequenz des Impulsgebers 16 den oben angegebenen, geringen Wert hat und daß bei zunehmenden Werten dieser Differenz die Frequenz beispielsweise bis auf das 100-fache anwächst. Hierbei kann zur Steuerung des Impulsgebers 16 ein Differenzverstärker verwendet werden, der ähnlich wie der Differenzverstärker 13 in Fig. 2 an die Ausgänge des Verstärkers 4 und der Speicherschaltung 7 angeschlossen ist, wobei diesem Differenzverstärker zweckmäßig ein Gleichrichter nachge-

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schaltet ist, ua nur dann ein die Frequenzerhöhung bewirkendes Steuersignal zu erhalten, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 höher liegt als die Referenzspannung.

Fig. 4 zeigt ein weiteres, hinsichtlich der Speicherschaltung 7 abgewandeltes Ausführungsbeispiel· Hierbei ist als Speichereleaent ein Kondensator C verwendet, dessen Aufladung und Entladung mittels einer Korrekturschaltung 19 gesteuert ist. Diese erhält das erste und das zweite Korrektursignal, die sich hier nur durch unterschiedliche Polarität unterscheiden, über einen einzigen Leiter vom Ausgang der Vergleichsschaltung 6. Die Korrekturschaltung 19 1st dabei so ausgebildet, daß sie bei sehr geringer Ladung des Kondensators C, beispielsweise nach einer Viederinbetrlebnahae des Rauchmelders, eine schnellere Aufladung alt verringerter Zeitkonstante bewirkt, bis die Referenzspannung annähernd der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 gleicht. Danach erfolgt wieder die Aufladung und Entladung des Kondensators C alt einer relativ großen Zeltkonstanten, wie dies für die Zelle 9 in Fig. 1 beschrieben wurde.

Während die Zelle 9 in Fig. 1 bei Abwesenheit eines Ladeoder Entladestroas ihre Referenzspannung über sehr lange Zeiten praktisch unverändert beibehält, weist der Kondensator C in Fig. 4 einen Leckstrom auf, der auch bei konstanter Ausgangsspannung des Verstärkers 4 eine gelegentliche Nachladung des Kondensators C erforderlich macht. Ua diese Nachladung vorzunehmen und den Leckstrom zu kompensieren, kann ein Schalter 20 vorgesehen sein, der von nicht gezeigten Relais intermittierend geöffnet und geschlossen wird, der jedoch bei einer erfolgenden Aufladung oder Entladung über die Korrekturschaltung 19 ge-

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schlossen bleibt. - Ia Übrigen entspricht die Wirkungsweise des Rauchaelders geaäB Flg. 4 derjenigen dee Aueftihrungsbeispiels nach Fig. 1, wobei auch die in Fig. 2 und/oder 3 gezeigten Abwandlungen vorgesehen sein können.

Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel let gegenüber den vorangehenden AusfUhrungsforaen dahingehend ausgestaltet, daß ein Störungssignal erzeugt werden kann, wenn das lichtaussendende HLeaent des Senders 1 in seiner Strahlungs leistung stark nachgelassen hat, wenn die die Meßstrecke begrenzenden Linsen stark verschmutzt sind und/oder wenn eine Alterung des Eapfängereleaents des Wandlers 3 und der elektrischen Koaponenten des Verstärkers 4 oder andere langsaa veränderliche Störungsureachen zu einea sehr starken Abfall der Ruhe-Ausgangsspannung des Verstärkers 4 geführt haben· Hierzu wird alt der Ausgangsspannung des Verstärkers 4 ein Eingang einer weiteren Vergleichsschaltung 21 beaufschlagt, de>r- en anderea Eingang 22 eine Referenzspannung zugeführt wird. Unterschreitet die Auegangsspannung des Verstärkers 4 die Referenzspannung, so erzeugt die Vergleichsschaltung 21 ein Ausgangseignal, das einen nachgeschalteten Störungesignalgeber 23 in Gang setzt· Die Störungsursache kann so behoben werden, noch bevor sie eine Funktionsunfähigkeit des Rauchaelders bewirken kann.

Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel wird von einer nicht gezeigten Spelsespannungsquelle alt Potentialen von 4-10 V und -10 Y gespeist, wobei letzteres an Masse liegt und wobei der Anschluß über eine der Verpolungssichenmg dienende Diode 24 erfolgt· Mit der Speisespannung sind ständig ein Iapulsgeber 25, aonostabile Kippglieder 26, 27 sowie in nicht weiter dargestellter Welse üakehrver-

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starker 28, 29 gespeist. Ebenfalls ist an die Speisespannung ständig der Sender angeschlossen» Dieser besteht aus einer zwischen den Pluspol und Masse geschalteten Reihenschaltung aus einer lichtemittierenden Diode 32, einem Widerstand 34 und einen als Schalter wirkenden, mit seinem Emitter an Masse liegenden Transistor 35 sowie aus einem von Widerstanden 47, 45 gebildeten Spannungsteiler. Der Spannungsteiler ist zwischen den Ausgang des Impulsgebers 25 und Masse geschaltet, und an den Verbindungspunkt der Widerstände 47, 45 ist die Basis des Transistors 35 angeschlossen, wodurch dieser jeweils bei einem vom Impulsgeber 25 erzeugten Impuls leitend gemacht wird und die Diode 32 aufleuchtet. Die übrigen Schaltungsteile sind ebenso wie die Diode 32 synchron mit dieser impulsweise betrieben und sind hierzu über einen als Schalter wirkenden Längstransistor 30 mit dem Pluspol verbunden, wobei der Emitter des Längetransistors 30 am Pluspol liegt, seiner Emitter-Basis-Strecke ein Widerstand 31 parallel geschaltet ist, um ihn bei Abwesenheit einer Steuerspannung nichtleitend zu halten, und die Basis des Längstransistors 30 über einen Widerstand 46 mit dem Ausgang des Impulsgebers 25 verbunden ist, um den Längstransistor 30 jeweils bei einem Impuls des Impulsgebers 25 leitend zu machen. Mit der so vom Längstransistor 30 impulsweise zugefUhrten Speisespannung sind ein dem Verstärker 4 (Fig. 1 bis 5) entsprechender Operationsverstärker 36, eine Konatantspannungaquelle mit einer Zenerdiode ZD und einem Operationsverstärker 38, Komparatoren 39> 40, 41 und UND-Glieder 42, 43, 44 gespeist. Die Impulsdauer und die Impulsfolgezeit des Impulsgebers 25 sind durch geeignete Wahl der Widerstandswerte von Widerständen 48, 49 und des Kapazitätswerts eines Kondensators 50 des Impulsgebers 25 bestimmbar, wobei zweckmäßig die Widerstände 48, 49 verstellbar ausgebildet sind.

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Der Parallelwiderstand 33 zur Diode 32 und der mit ihr in Reihe geschaltete Widerstand 34 dienen der Kompensation von Umgebungstemperatureinflüssen. Der Sender sendet daher eine annähernd konstante Lichtleistung aus. Der Lichtstrahl wird mittels einer Linse L gebündelt, durchläuft die Meßstrecke (2 in Fig. 1 bis 5), wird hierbei ggf. durch anwesenden Rauch geschwächt, wird Mittels einer weiteren Linse L^f fokussiert und fällt auf eine hler als Empfangswandler (3 in Fig. 1 bis 5) vorgesehene, lichtempfindliche Diode 51, die zwischen die Eingänge des Operationsverstärkers 36 geschaltet ist. Durch die nicht näher bezeichneten Rückkopplungsimpedanzen des Operationsverstärkers 36 wird die Spannungsdifferenz zwischen seinen Eingängen annähernd auf Null gehalten, wodurch die Diode 51 im Kurzschluß betrieben 1st, was auch deren Temperaturunempfindlichkeit bewirkt. Da der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 36 an Masse liegt, erzeugt er Ib Ruhezustand eine positive, annähernd konstante Ausgangsspannung, die sich bei« Einfluß von Störgrößen in geringes Maße und langsam ändern kann. Diese Ruhe-Ausgangsspannung vermindert sich beim Eintritt von Rauch in die Meßstrecke um so mehr, je größer die Rauchdichte ist.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 der Konstantspannungsquelle ist mit einem Pol der hier an Stelle der Zelle 9 (Fig. 1) vorgesehenen Zelle 55 verbunden und hält diesen auf einer an einem Ausgangswiderstand 56 des Operationsverstärkers 38 abfallenden, konstanten Spannung von -Θ V, Der Pol veränderlichen Potentials kann mittels eines im Ruhezustand offenen, elektronischen Schalters 58 über einen Widerstand 65 mit dem Kollektor des Längstransistors 30 verbunden werden und

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Vf

kann weiter über einen la Ruhezustand offenen, elektronischen Schalter 59 und einen mit diesem in Reihe geschalteten Widerstand 76 mit Masse verbunden werden; diese Teile entsprechen in ihrer Funktion den Teilen 11, R, bzw. 12, R^ in Fig. 1. Zur Vermeidung einer Strombelastung der Zelle 55 1st dieser ein Operationsverstärker 37 nachgeschaltet, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 57 am Pol konstanten Potentials der Zelle 55 liegt, während sein nicht invertierender Eingang über einen Widerstand an den Pol veränderlichen Potentials angeschlossen ist. Über den Widerstand 60 wird somit dem Operationsverstärker 37 eine Bezugsspannung zugeführt, während der Widerstandswert des Widerstands 57 zusammen mit demjenigen eines Rückkopplungswiderstands des Operationsverstärkers 37 dessen Verstärkungsgrad bestimmen· Einfachheitshalber sei dieser zu Eins angenommen, d.h. am Ausgang des Operationsverstärkers 37 herrscht dieselbe Referenzspannung, die auch an der Zelle 55 abgenommen werden kann.

Öle Komparatoren 39 t 40 bilden zusammen mit ihnen vorgeschalteten Schutzwiderständen die Vergleichsschaltung 6 (Fig. 1 bis 3). Der Komparator 39 ist an seinem invertierenden Eingang über den Schutzwiderstand 61 mit der Referenzspannung beaufschlagt, während sein nicht invertierender Eingang über einen Widerstand 52 an den Ausgang des Operationsverstärkers 36 angeschlossen ist* Der Komparator AO ist mit seinem nicht invertierenden Eingang über einen Schutzwiderstand 53 an den Ausgang des Operationsverstärkers 36 angeschlossen, während sein nicht invertierender Eingang über einen Schutzwiderstand 63 mit der Referenzspannung beaufschlagt ist. Die Ausgänge der beiden von Operationsverstärkern gebildeten Komparatoren 39» 40 sind über Widerstände mit dem Kollektor des Längstransistors 30 verbunden. Am Ausgang

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des Komparator« 39 wird ein erstes Korrektursignal erhalten, wenn die Referenzspannung der Zelle 55 zur Angleichung an die Auegangsspannung des Operationsverstärkers 36 erhöht werden muß, während am Ausgang des Komparators 40 ein zweites Korrekturslgnal dann erhalten wird, wenn die Referenzspannung zur Angleichung an die Ausgangespannung des Operationsverstärkers 36 verhindert werden muß. Diese Korrektursignale steuern dementsprechend die Schalter 58, 59, jedoch über jeweils ein UND-Glied 42, 43, das nur bei Vorliegen eines vom monostabilen Kippglied 26 lieferbaren Abtastsignales an seinem zweiten Eingang für das jeweilige Korrektursignal durchlässig ist.

Die Schwellwertschaltung ist beim Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 6 von einem Operationsverstärker 41 und Widerständen 54, 62, 64 gebildet, wobei der Operationsverstärker 41 dem Operationsverstärker der Schwellwertschaltung 5 in Fig. 1 und die Widerstände 62, 64 den Widerständen R₁, R₂ in Fig· 1 entsprechen. Mittels des Schutzwiderstands 54 ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 41 von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36 beaufschlagt, während die Widerstände 62, 64 einen zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 37 und Masse liegenden und somit mit der Referenzspannung beaufschlagten Spannungsteiler bilden, an dessen Abgriff der nicht Invertierende Eingang des Operationsverstärkers 41 angeschlossen ist. Dieser erzeugt somit an seinem Ausgang eine Spannung, deren Polarität sich bei einem Schwellenwert des Rauchgehalte in der MeBstrecke umkehrt, wie dies anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Die gegenüber dem Ruhezustand in ihrer Polarität umgekehrte Spannung dient als Meldesignal, das über ein UND-Glied 44 eine Alarmvorrichtung (8 in Fig. 1 bis 4) steuern kann. Ein zweiter Eingang des

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UND-Glieds 44 kann vom Ausgang des monoetabilen Kippglieds 27 her von Abtastimpulsen beaufschlagt werden.

An den Ausgang des Impulsgebers 25 ist der Eingang des Umkehrverstärkers 28 angeschlossen, alt dessen Ausgangsspannung ein alt einem Anschluß an Hasse liegender Kondensator 68 über einen Widerstand 67 aufladbar ist. An den Verbindungspunkt von Widerstand 67 und Kondensator 68 ist der weitere Umkehrverstärker 29 angeschlossen, der mit seinem Ausgang mit dem auf positive Impulsflanken ansprechenden Eingang +TR des monostabilen Kippglieds 26 verbunden ist. Die Umkehrverstärker 28, 29» der Widerstand 67 und der Kondensator 68 bilden zusammen ein Verzögerungsglied, das bewirkt, daß das monostabile Kippglied 26 jeweils nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit nach der Vorderflanke eines Impulses des Impulsgebers 25 gekippt wird. Diese Verzögerungszeit betragt beim AusfUhrungsbeispiel 100 Ais. Das Kippglied 26 erzeugt in seinem gekippten Zustand an seinem Ausgang einen Abtastimpuls, der während einer der Dauer des gekippten Zustande des Kippglieds 26 gleichen ersten Zeitdauer die UND-Glieder 42, 43 für das ggf. vorhandene erste bzw. zweite Korrektursignal durchlässig macht. Beim Zurückkippen des ersten Kippglieds wird von der Rückflanke des Abtastimpulses das zweite Kippglied 27 gesetzt, dessen Setzeingang -TR mit dem Ausgang des ersten Kippglieds 26 verbunden ist und das nun während einer der Dauer seines gekippten Zustande gleichen zweiten Zeitdauer einen weiteren Abtastimpuls an seinem Ausgang erzeugt, mittels dessen das UND-Glied 44 für das ggf. vorhandene Meldesignal durchlässig steuerbar ist. Die genannte erste Zeitdauer und die unmittelbar daran anschließende, zweite Zeitdauer betragen Jeweils 100/us, und die Summe der ersten und der zweiten

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Zeitdauer beträgt jedenfalls weniger als die Dauer eines Impulses des Impulsgebers 25, so daß der vom zweiten Kippglied 27 erzeugte Ausgangsiaapuls vor Ende des Impulses des Impulsgeneratorβ 25 beendet ist.

U.a. durch die Wahl der SpannungeverStärkung der Operationsverstärker 36, 37 wird die Referenzspannung an der Zelle im Ruhezustand auf einem Wert von 40 mV gehalten. Hierbei beträgt die in der Zelle 55 gespeicherte elektrische Ladung 0,33/uAh. Da die Entladung der Zelle 55 intermittierend jeweils während der ersten Zeitdauer von 100/us in zeitlichen Abständen von 5 s erfolgen kann und da der Widerstand 66 einen Widerstandswert von 1 kOhm hat, so daß der bei der Entladung fließende Impulsstrom einen Wert von 2 mA hat, würde bis zu einer völligen Entladung der Zelle 55 eine Entladezeit von etwa 500 min vergehen. Einer Entladung von 100 % in 500 min entspricht eine Entladung von 12 %/h. Mit dieser mittleren Entladegeschwindigkeit folgt also die Referenzspannung einer ihr gegenüber niedrigeren Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36. Andererseits hat der Widerstand 65, über den eine Aufladung der Zelle 55 erfolgt, einen Widerstandswert von 9 kOhm, so daS bei den angegebenen Verhältnissen auch hier die mittlere Geschwindigkeit der Annäherung an eine höhere Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36 12 %/h beträgt. Diese Geschwindigkeit der Ladungsänderung ist geringer als alle in der Praxis vorkommenden Änderungegeschwindigkeiten (zeitlichen Differentiale) der Rauchdichte, soweit diese auf Bränden und auch Insbesondere auf Schwelbränden beruht, und andererseits ist die genannte Geschwindigkeit der Ladungsänderung größer als diejenige Xnderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36, die durch den Einfluß sich langsam ändernder Störungsursachen auftritt. Anders aus-

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gedruckt, sind die mittleren Auflade- und Entladezeitkonstanten der Zelle 55 zwar relativ groß, jedoch geringer als die Zeitkonetante gewählt, mit der die Änderungen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36 aufgrund von Störungeursachen auftreten«

Zur Verringerung der Aufladezeit der Zelle 55 nach der Inbetriebnahme des Rauchmelders ist die Frequenz des Impulsgebers 25 auf einen wesentlich höheren Wert gegenüber dem Normalzustand umschaltbar« Hierzu wird einem Steuereingang des Impulsgebers 25 eine Spannung zugeführt, die einen von Widerständen 71, 72 gebildeten Spannungsteiler speisen. An den Verbindungspunkt der Widerstände 71, 72 ist der Steuereingang eines elektronischen Schalters 70 angeschlossen, der im Ruhezustand offen ist und bei Vorliegen der steuernden Spannung geschlossen wird. Der Schalter 70 liegt in Reihe mit einem Widerstand 69 parallel zu dem Widerstand 48 des Impulsgebers 25, der die Impulsfolgezeit bestimmt. Hierdurch wird die Impulsfolgezeit wesentlich herabgesetzt und somit die Impulsfolgefrequenz erhöht. Die Steuerspannung am Eingang kann auf eine der anhand von Fig. 3 erläuterten Weisen bereitgestellt werden. Die erzielte Erhöhung der Impulsfolgefrequenz ist um so größer, je geringer der Widerstandswert des Widerstands 69 gegenüber demjenigen des Widerstands 48 ist. - Sofern, wie anhand von Fig. 3 erläutert, der Impulsgeber 25 kontinuierlich steuerbar gemacht werden soll, kann an die Stelle des Widerstands 69 und des Schalters 70 eine steuerbare Impedanz parallel zum Widerstand 48 geschaltet werden, so daß durch die Steuerung der steuerbaren Impedanz die Frequenz veränderbar ist«

In Fig. 7 sind die Auegangsspannungen von Schaltungsteilen des Rauchmelders gemäß Fig. 6 dargestellt. Der Impuls-

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geber 25 erzeugt Impulse P1, P2, P3, ... alt einer Impulsdauer von jeweils 500 Ais und alt einer Impulsfolgezeit von 5 8. Das Kippglied 26 wird nach einer Verzögerungszeit von 100/us gekippt und erzeugt dann während einer ersten Zeitdauer von 100 AXB einen ersten Abtastimpuls. Beginnend alt dessen Rückflanke erzeugt das zweite Kippglied 27 einen zweiten Abtastiapuls während einer zweiten Zeitdauer von ebenfalls 100 /us. Der Operationsverstärker 36 wird während der Dauer jedes Iapulses des Impulsgebers 25 gespeist und erzeugt während dieser Dauer einen Auegangsimpuls alt der Spannungsamplitude u. Der Operationsverstärker 37 wird ebenfalls während jedes Impulses des Impulsgebers 25 gespeist und erzeugt dann eine Ausgangsspannung als Referenzspannung, die nach dem Abklingen eines Einschwingvorgangs den Wert u_Q hat.

In Flg. 7 ist angenommen, daß während des ersten Iapulses PI des Iapulsgebers 25, bedingt durch den Einfluß einer Störgröße, die Ausgangsspannung u des Operationsverstärkers 36 gegenüber einem zurückliegenden Zeitpunkt geringfügig abgenommen hat und damit geringer geworden ist als die Referenzspannung u aa Ausgang des Operationsverstärkers 37. Der Komparator 40 (Fig. 6) erzeugt daher das zweite Korrektursignal, und dieses erscheint während der Dauer des voa ersten Kippglied 26 erzeugten ersten Abtastimpulses am Ausgang des UND-Glieds 43, wodurch eine Entladung der Zelle 55 (Fig. 6) erfolgt.

Beim zweiten Impuls P2 sei die Ausgangsspannung u des Operationsverstärkers 36 beispielsweise aufgrund des Einflusses der Umgebungstemperatur wieder etwas angestiegen, so daß die Referenzspannung durch Ladung der Zelle 55 (Fig. 6) im Sinne eines Anstiegs nachgeführt

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werden miß. In diesem Falle erzeugt der Komparator 39 (Fig. 6) das erste Korrektursignal, das am Ausgang des UND-Glieds 42 während derjenigen ersten Zeitdauer erscheint, in der das erste Kippglied 26 den ersten Abtastimpuls erzeugt. Hierdurch wird während der Dauer des Schliefiens des Schalters 58 (Fig. 6) die Zelle 55 aufgeladen.

Weiter ist in Fig. 7 angenommen, daß in der nun folgenden Zeit, während der die Impulse P3, P4, P5 erzeugt werden, die Rauchdichte in der Meßstrecke anwächst. Hierdurch wird die Impulsamplitude u der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36 zunehmend verringert, wie dies in Fig. 7 zur Verdeutlichung übertrieben ausgeprägt dargestellt ist. Es findet dabei eine Nachführung der Referenzspannung statt, indem die Zelle 55 (Fig. 6) entladen wird, wie dies in Fig. 7 anhand des Ausgangssignals des UND-Glieds 43 erkennbar ist, Jedoch sinkt die Referenzspannung wegen der großen mittleren Entladezeltkonstanten nicht in gleich starkem Maß wie die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 36 ab. Hierdurch wird nach einiger Zeit - in Fig. 7 vor dem Auftreten des Impulses P4 derjenige Schwellenwert erreicht, bei dem sich die Ausgangsspannung des Komparators 41 (Flg. 6) umkehrt, und dieses Ausgangssignal wird vom UND-Glied 44 jeweils zu seinem Ausgang und zu einer Alarmvorrichtung durchgelassen, solange das zweite Kippglied 27 während der zweiten Zeitdauer den zweiten Abtastimpuls erzeugt.

Abänderungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich möglich. So können an Stelle von Rauch auch andere Schwebstoffe erfaßt werden, beispielsweise die Staubbeladung der Atmosphäre oder die in einem elektro-

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statischen Kopiergerät hinter einem Filter ggf. noch auftretenden Tonerpartikel. Weiter kann unter der Atmosphäre, in der der Schwebstoffgehalt erfaßt wird, in weitestem Sinne auch jedes ggf. Schwebstoffe enthaltende Gas verstanden werden, beispielsweise indem die Vorrichtung zur überprüfung der Rauchdichte in einem Schornstein verwendet wird. Schließlich sind die beschriebenen Maßnahmen auch mit Vorteil bei solchen Vorrichtungen anwendbar, bei denen die elektromagnetische Strahlung des Senders nicht direkt auf den Empfänger fällt, sondern nur dann, wenn sie an in der Meßstrecke vorhandenen Schwebstoffpartikeln gestreut wird. Dies ist beispielsweise bei Streulicht-Rauchmeldern der Fall.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT WOLFGANG SCHULZ-DÖRLAM 2 B 2 2 5 4

INGENIEUR DIPLOME D-800C MÜNCHEN 80

MAUERKiRCHERSTRASSE 31 TELEFON (039)98 19 79

Hochlki Corporation H 387 DE

2-10-43 Kami Osaki

Shlnagawa-ku SCPO

Tokio (Japan)

PATENTANSPR Ü C H E

1·] Vorrichtung zur Überprüfung des Schwebstoffgehalts der - Atmosphäre, insbesondere zur Verwendung als Rauchmelder, mit einem eine elektromagnetische Strahlung vorzugsweise im sichtbaren Wellenlängenbereich aussendenden Sender, einer von der Strahlung durchsetzten, der Atmosphäre zugänglichen und vorzugsweise gegen den Eintritt von Umgebungsstrahlung abgeschirmten Meßstrecke, einem von der Strahlung des Senders beaufschlagbaren Empfänger und einer diesem nachgeschalteten Auswerteschaltung, die ein von einem elektrischen Strom auf eine Referenzspannung aufladbares Speicherelement und eine Schwell» wertschaltung umfaßt, wobei in der Meßstrecke vorhandene Schwebstoffe die Strahlungsbeaufschlagung des Empfängers verändern, insbesondere vermindern, die Referenzspannung des Speicherelements der Ausgangsspannung des Empfängers nachführbar ist und die Schwellwertschaltung bei einem vorgegebenen Schwellenwert der sich bei einer Erhöhung des Schwebstoffgehaltes ergebenden Abweichung der Ausgangsspannung des Empfängers von der Referenzspannung ein Meldesignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Ausgangsspannung des Empfängers (3, 4; 51, 36) und der Referenzspannung (von 7; von 55, 37) be-

ORIGINAL INSPECTED

aufschlagte Vergleicheschaltung (16; 39, 40) ein erstes bzw. ein zweites Korrektursignal in Abhängigkeit davon erzeugt, daß das Ausgangssignal des Empfängers (3, 4; 51, 36) die Referenzspannung mindestens um einen Betrag Überschreitet, der geringer ist als der Schwellenwert, bei de« das Heidesignal erzeugbar ist, und daß eine eine Widerstandeschaltung (FU, R^; 65, 66) umfassende Korrekturschaltung (10; 19; 42, 58, 65, 43, 59, 66) in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Korrektursignal eine Aufladung bzw. Etatladung des Speicherelements (7; C; 55) über die Widerstandsschaltung (R₅, R^; 65, 66) bewirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur impulsweisen Speisung des die Strahlung aussendenden Elements (32) des Senders (1) ein Impulsgeber (16; 25) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Dauer der von ihm erzeugten Impulse gering ist gegenüber deren Folgezeit, und daß die Korrekturschaltung (10; 42, 58, 65, 43, 59, 66) in Abhängigkeit vom Vorliegen eines Impulses des Impulsgenerators (16, 25) wirksam schaltbar ist·
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung (28, 67, 68, 29) das Wirksamschalten der Korrekturschaltung (42, 58, 65, 43, 59» 66) um eine gegenüber der Impulsdauer des Impulsgebers (16; 25) geringe Verzögerungszeit verzögert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes, vorzugsweise von einem monostabilen Kippglied gebildetes Zeitglied (26) das Wirksamschalten der Schwellwertschaltung (41, 44) nach einer vorgegebenen, gegenüber der Impulsdauer des Impulsgebers (25) geringeren ersten Zeitdauer nach dem Wirksamschalten der Korrektur-»

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schaltung (42, 58, 65, 43, 59, 66) bewirkt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitglied (26) nach Ablauf der ersten Zeitdauer die Korrekturschaltung (42, 58, 65, 43, 59» 66) unwirksam schaltet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, vorzugsweise von einem zweiten monostabil len Kippglied gebildetes Zeitglied (27) die Schwellwertschaltung (41, 44) nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer nach ihrem Wirksaaschalten unwirksam schaltet und daß die Summe der ersten und zweiten Zeitdauer geringer ist als die Dauer eines Impulses des Impulsgebers (25).
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (5; 41, 44) eine Vergleichsschaltung (41) umfaßt, deren einer Eingang von der Ausgangsspannung des Empfängers (3, 4; 51, 36) beaufschlagt ist und deren anderer Eingang an einen von der Referenzspannung (von 7; von 55, 37) gespeisten Spannungsteiler (R^, R₂; 62, 64) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (5; 41, 44) einen Operationsverstärker (41) umfaßt und daß das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers (R₁, R₂; 62, 64) derart gewählt 1st, daß sich die Polarität der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers (41) beim Erreichen des Schwellenwerts ändert.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ausgangsspannung des Empfängers (3, 4; 51, 36) und der Referenzspannung (von 7;

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von 55t 37) eine Differenz-^schaltung (13) beaufschlagt ist, die eine der Differenz dieser Spannungen proportionale Auegangsspannung erzeugt, daß der Differenzschaltung (13) eine Dividierschaltung (14) nachgeschaltet 1st, die eine de« Quotienten der Ausgangsspannimg der Differenzschaltung (13) und der Referenzspannung proportionale Ausgangsspannung erzeugt, und daß die Schwellwertschaltung der Dividierschaltung (14) nachgeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach eine« der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement ein galvanisches Element (9; 55) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung zwei Widerstände (R,, R^; 65, 66) uafaßt, die in Reihe ait jeweils einea im Ruhezustand offenen Schalter (11, 12; 58, 59) zwischen denselben Pol des galvanischen Elements (9; 55) und jeweils ein festes Bezugepotential geschaltet sind und daß die Schalter (11, 12; 58, 59) in Abhängigkeit vom ersten bzw. zweiten Korrektursignal der Vergleichsschaltung (6; 39, 40) betätigbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Eleeent (55) ait seine· der Widerstandsschaltung (65, 66) abgewandten Pol an den Ausgang einer Konstantspannungsquelle (ZD, 38, 56) angeschlossen ist, dessen Potential zwischen denjenigen der Bezugspotentiale liegt, wobei die Konstantspannungsquelle (ZD, 38, 56) vorzugsweise zu ihrer Leistungsversorgung zwischen die Bezugspotentiale geschaltet ist.
13* Vorrichtung nach eine« der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung zur

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Erzeugung des ersten und zweiten Korrektursignals jeweils einen vorzugsweise von einem Operationsverstärker gebildeten Komparator (39» 40) aufweist, dessen Eingänge über Widerstände (61, 52, 53» 63} Bit der Referenzspannung (von 55, 37) bzw. der Ausgangsspannung des Empfängers (51» 36) beaufschlagt sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherelement (55) ein eingangsseitig hochohmiger Verstärker, vorzugsweise ein Operationsverstärker (37)» nachgeschaltet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (16; 25) zur Verringerung der Aufladezeit bei stark entladenem Speicherelement (9; C; 55) hinsichtlich seiner Impulsfolgefrequenz steuerbar ist, vorzugsweise auf eine gegenüber dem Normalbetrieb vielfach höhere Impulsfolgefrequenz umschaltbar 1st.

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