DE2946507A1

DE2946507A1 - Detektor, insbesondere feuerdetektor

Info

Publication number: DE2946507A1
Application number: DE19792946507
Authority: DE
Inventors: Bernardus Johannes Bout; Timothy John Newington; Nicolaas Tjaart Van Der Walt
Original assignee: Anglo American Corp of South Africa Ltd
Current assignee: Anglo American Corp of South Africa Ltd
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-17
Publication date: 1980-05-29
Also published as: CH647879A5; DK156785C; LU81912A1; NO151062C; IE48643B1; GB2041534A; FR2441892A1; NL182989C; NL7908429A; NO151062B; GB2041534B; AU534265B2; BE880166A; IT1124984B; DE2946507C2; IE792181L; SE444240B; DK156785B; AU5294779A; BR7907533A

Description

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Waiter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: 43 Esten 1, Theaterplatz 3, Postf 789

54 663/Ti-th 16. November 197$.

Patentanmeldung

ANGLO AMERICAN CORPORATION
OF SOUTH AFRICA LIMITED

44 Main Street,
Johannesburg, Transvaal
Republik Süd-AfriKa

Detektor, insbesondere Feuerdetektor.

Ein in weitem Umfange eingesetzter Feuerdetektor arbeitet mit einem Ionisierungsstrom. Bei einem derartigen Feuerdetektor wird ein Ionisierungsstrom der Atmosphäre ausgesetzt, sodaß, wenn Verbrennungsteilchen sich in der Luft befinden, diese den Ionisierungsstrorr, stören und dadurch anzeigen, daß ein Feuer ausgebrochen ist oder bereits brennt. Bei gewissen derartigen Feuerdetektoren wird der Ionisierungsstrom mit einem feststehenden Bezugswert verglichen und, wenn der Ionisierungsstrom den Bezugswert überschreitet, ein Alarm ausgelöst.

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In dieser Beziehung arbeitet ein derartiger Ionisierungs-Feuerdetektor durchaus zufriedenstellend. Er hat jedoch auch gewisse Nachteile. So unterliegt beispielsweise der Ionisierungsstrom natürlichem Auswandern, was unter anderem durch Veränderungen der Temperatur, der Feuchtigkeit und des Staubgehaltes sowie der Alterung der den Ionisierungsstrom erzeugenden radioaktiven Quelle verursacht wird, sodaß der Strom sich unter dem Einfluß dieser natürlichen Faktoren derart verändern kann, daß die Alarmschwelle selbst dann überschritten wird, wenn kein Feuer vorhanden ist. Außerdem kann der Ionisierungsstrom durch fehlerhafte Funktion des Feuerdetektors beeinflußt werden. Er ist auch empfindlich gegenüber Partikelchen, beispielsweise Staubpartikelchen, welche nicht unbedingt durch Verbrennung entstehende Partikelchen sein müssen. So können beispielsweise Partikelchen, während welche bei Sprengarbeiten in einem Bergwerk erzeugt werden und sich ständig in einem Ionisierungs-Feuerdetektor absetzen, einen Fehlalarm verursachen.

In der britischen Patentschrift 1.365.018 wird ein Verfahren beschrieben, mittels welchem bestimmte Arten von Fehlalarmen in einem Zweikammer-Feuerdetektor, der mit Ionisierungsstrom arbeitet, von tatsächlichen Feuerbedingungen unterschieden werden. In dieser Druckschrift wird ein Feuerdetektor beschrieben, welcher eine Meßkammer und eine mit derselben in Reihe geschaltete Bezugskammer aufweist. An die beiden Kammern wird eine Spannung angelegt und das Potential an einer Stelle zwischen diesen Kammern überwacht und analysiert, um tatsächliche Feuerbedingungen von Fehlalarmen zu unterscheiden.

Bei einem derartigen Feuerdetektor wird die Bezugskammer mit Ionisierungsstrom gesättigt, welcher daher im wesentlichen konstant ist. Das Potential an dem Zwischenpunkt hängt daher von der Impedanz der Meßkammer ab, welche ihrerseits durch das Vorhanden-

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sein von VerbrennungsproduKten wie Staub und dgl. beeinflußt wird, die jedoch auch von der Stärke des Ionisierungsstromes abhängt, der durch die Merkmale der Bezugskammer bestimmt wird.

Der Ionisierungsstrom ist jedoch die physikalische Menge, welche direkt durch Verbrennungsteilchen, Störungen durch Sprengungen, Feuchtigkeit oder dgl. beeinflußt wird, und es ist daher äußerst wünschenswert, den Ionisierungsstrom direkt zu überwachen und festzustellen, daß dieser Ionisierungsstrom so weit wie irgend möglich nur durch atmosphärische Zustände und nicht durch Parameterschwankungen der Anlage beeinflußt wird, um die effektivste Analyse seines Betriebes zu liefern.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Detektor zu schaffen, welcher als Feuerdetektor verwendet werden kann und die vorgenannten Probleme ausschaltet und die Möglichkeit der Überwachung von Strömen bietet, welche zwangsläufig nicht mit dem Ausbruch oder der Existenz seines Feuers in Beziehung stehen. Dadurch lassen sich die Gründe der Stromschwankungen in Kategorien einordnen, welche tatsächlichen Feueralarm-Zuständen und Fehlalarm-Zuständen zugeordnet sind.

Ein erfindungsgemäßer Detektor, insbesondere Feuerdetektor, bestehend aus einem Gehäuse mit einer einzigen darin ausgebildeten Meßkammer, in deren Wandung mehrere den Durchstrom von Luft durch die Kammer ermöglichende öffnungen vorgesehen sind und innerhalb welcher auf einem Isolationsträger eine Elektrode montiert ist, wobei eine eine Potentialdifferenz zwischen Elektrode und Gehäuse erzeugende Einrichtung sowie eine in der Kammer einen Ionisierungsstrom in derselben erzeugende Einrichtung vorgesehen ist, der von der Elektrode aufgefangen wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Verstärkung des Ionisierungsstromes sowie eine Einrichtung zur Anzeige der Veränderung des verstärkten Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit vorgesehen sind.

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Die Anzeigeeinrichtung kann aus einer Einrichtung bestehen, welche die augenblickliche Veränderung des Ionisierungsstromes oder die Veränderung des Stromes über ein gegebenes Zeitintervall anzeigt. In ihrer einfachsten Form kann die Anzeigeeinrichtung aus einem Amperemeter bestehen.

Alternativ kann die Anzeigeeinrichtung auch aus einer Einrichtung bestehen, welche die Veränderung des Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnet.

Die Wiedergabeeinrichtung kann eine lesbare Wiedergabe liefern und beispielsweise aus einem Schreibgerät oder einer derartigen Apparatur bestehen. Alternativ kann die Wiedergabeeinrichtung einen Speicher wie beispielsweise bei einem Mikroprozessor, einem Minicomputer, einem Computer oder dgl. aufweisen, in welchem die Veränderung des Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet und gespeichert wird.

Weiterhin besitzt der erfindungsgemäße Detektor eine Einrichtung zur Auslösung eines Alarms, wenn der Ionisierungsstrom einen gegebenen Schwellenwert überschreitet. Dieser Schwellenwert kann veränderbar sein.

Alternativ besitzt der Detektor eine Einrichtung, mittels welcher ein Alarm ausgelöst wird, wenn das Ausmaß der Veränderung des Ionisierungsstromes einen gegebenen Wert übersteigt.

Die Anzeigeeinrichtung kann direkt im Gehäuse eingebaut sein oder neben demselben angeordnet sein oder auch an einer vom Feuerdetektor entfernt liegenden Stelle aufgebaut sein.

In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt die Erfindung zur Betätigung eines Detektors, welcher einen amplitudenmäßig durch physikalische Faktoren beeinflußten Ionisierungsstrom erzeugt, vor, daß der Strom verstärkt wird und der verstärkte Strom an eine

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Einrichtung angelegt wird, welche eine lesbare Wiedergabe der Veränderung des verstärkten Stromes in Abhängigkeit von der Zeit erzeugt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beiliegenden Zeichnung sehematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Detektor, welcher ein Gehäuse 10 besitzt, in welchem eine Meßkammer 12 ausgebildet ist. Innerhalb dieser Kammer 12 ist eine Ionisierungsquelle 14 wie beispielsweise Krypton 85, ferner eine Elektrode l6 aus einem geeigneten leitenden Material auf einem Isolator 18 angeordnet. Mit der Elektrode ist ein Differentialverstärker 20 verbunden, mit welchem ein Stromtreiber 21 verbunden ist, mit dessen Ausgang ein Schreibgerät 22 und eine Triggereinrichtung 24 parallel zueinander verbunden sind.

Das Gehäuse 10 besitzt mehrere Öffnungen 26, durch welche Luft ungehindert durch die Kammer 12 strömen kann.

Das Gehäuse 10 wird an einer geeigneten Stelle in einem Bereich eingebaut, welcher überwacht werden soll, und welcher sich in einer gewissen Entfernung von einer zentralen Kontrollstelle befinden kann, an welcher das Wiedergabegerät 22 und die Triggereinrichtung 24 aufgebaut sind.

Die Inverter-Eingangsklemme des Verstärkers 20 ist direkt mit der Elektrode 16 und die andere Klemme mit einer Bezugsspannung V verbunden. Der Verstärker ist mittels einer Widerstandskette mit einem Potentiometer R als rückgekoppelter Verstärker ausgebildet, wobei der Rückkopplungsstrom mit dem Ionisierungsstrom, der von der Elektrode 16 abfließt, verglichen wird und auf gleicher Höhe

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- Abgehalten wird. Zusätzlich wird die Spannung der Inverter-Eingangsklemme, welche der Kammer 12 aufgedrückt wird, durch die Rückkopplungsarbeit des Verstärkers konstant gehalten.

Der Rückkopplungsstrom, d.h. der Ionisierungsstrom, wird durch den Stromtreiber 21 verstärkt und dem Schreibgerät 22 sowie der Triggereinrichtung 24 zugeleitet.

Das Schreibgerät 22 zeichnet daher die Veränderung des Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit auf. Wenn Verbrennungspartikelchen in die Kammer 32 mit der hindurchströmenden Luft hineingelangen, wird der Ionisierungsstrom in an sich bekannter Weise herabgesetzt, was durch das Schreibgerät 22 aufgezeichnet wird. In gleicher Weise wird jegliche Veränderung des Ionisierungsstromes aus irgendeinem anderen Grund durch das Schreibgerät 22 aufgezeichnet. Wenn beispielsweise das Gehäuse 10 unter Tage in einem Bergwerk eingebaut ist, wo es den Sprengprodukten ausgesetzt ist, wird der Ionisierungsstroin dadurch beeinflußt und die Stromveränderung aufgezeichnet. Der Detektor kann daher eingesetzt werden, um automatisch jeweils den Zeitpunkt aufzuzeichnen, zu welchem eine Sprengung stattgefunden hat.

Falls die öffnungen 26 im Gehäuse aus irgendeinem Grunde blockiert d.h. verstopft sein sollten, so ändert sich der Ionisierungsstrom überhaupt nicht und dieser durchaus unübliche Zustand wird wiederum im Schreibgerät 22 angezeigt. Falls der Detektor aus irgendeinem Grunde falsch funktioniert, wodurch der Ionisierungsstrom abnormal ansteigt oder abfällt oder sich nicht ändert, so zeigt eine Überprüfung des vom Schreibgerät 22 angefertigten Meßstreifens an, daß ein Fehler oder eine Störung vorliegt, sodaß geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.

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Die Triggereinrichtung 24 ist ein Komparator, in welchem der verstärkte Ionisierungsstrom mit einem Bezugswert verglichen wird und verwendet wird, um ein Alarmsignal auszulösen, wenn der Ionisierungsstrom den Bezugs- oder Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann fest eingestellt werden oder kann auch veränderbar sein, sodaß die Umweltbedingungen, in denen der Detektor arbeitet, berücksichtigt werden können. Da der Ionisierungsstrom unter dem Einfluß von Faktoren wie Temperatur und Feuchtigkeitsschwankungen auswandert, ist es durchaus möglich, daß der Schwellenwert selbst dann überschritten wird, wenn kein Brand, Rauch oder andere Partikelchen den Ionisierungsstrom beeinflussen. Aus diesem Grunde ist es bei bestimmten Einsätzen vorteilhaft, wenn die Triggereinrichtung nur dann betätigt wird, wenn das Ausmaß der Schwankungen des Ionisierungsstromes ein gegebenes Maß überschreitet. Hierfür kann irgendeine geeignete Meßvorrichtung für das Ausmaß der Schwankung verwendet werden, um einen Alarm auszulösen.

Bei dem erfindungsgemäßen Detektor wird ein analoger Ausgang erhalten und aufgezeichnet. Das Aufzeichnungs- oder Schreibgerät arbeitet parallel mit einer geeigneten Triggereinrichtung. Infolgedessen kann der erfindungsgemäße Detektor die Rolle eines Feuerdetektors erfüllen und außerdem ein gegebenes Gebiet auf bestimmte Vorfälle hin überwachen, wobei außerdem zusammen mit dem Aufzeichnungsgerät und der Meßeinrichtung für den Triggerwert der Detektor ständig bezüglich seiner einwandfreien Funktion überwacht wird.

Eine analoge Wiedergabe oder Aufzeichnung des Ionisierungsstromes ermöglicht es einem fachlich geschulten Beobachter, durch Überwachung des Schreibgerätes Stromschwankungen verschiedenen Gründen zuzuordnen. So verursachen Sprengarbeiten in einem Bergwerk

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Schwankungen des Ionisierungsstromes in an sich bekannter Welse. Ein Alarm, welcher durch Sprengungen ausgelöst wird, kann infolgedessen durch Überprüfung des Meßstreifens als Fehlalarm bezüglich eines Feuerausbruches identifiziert werden. So ist auch ein Defekt oder eine Störung des Detektors, durch welche ein Alarmzustand ausgelöst wird, im allgemeinen mit einer Stromänderung verbunden, welche nicht einem tatsächlichen Feueralarm-Zustand zugeordnet werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erzeugung eines brauchbaren Analogsignals seitens des Detektors ergibt sich dadurch, daß es möglich ist, einfach durch Messung der Amplitude des Ionisierungsstromes mittels eines Amperemeters zu bestimmen, ob die Betriebshöhe des Stromes über zulässige Grenzen hinweg, beispielsweise infolge der Ansammlung von Staub oder Feuchtigkeit, ausgewandert ist. Die Stromamplitude kann dann mittels des Potentiometers R eingestellt werden, um wieder in die zulässigen Grenzen zu gelangen und somit einem falschen Alarmsignal zuvorzukommen.

Der erfindungsgemäße Detektor arbeitet im wesentlichen als eine Gleichspannungs-/^veränderlicher Ionisierungsstrom-Vorrichtung. Da der Ionisierungsstrom direkt überwacht wird, wird die durch Veränderung des Stromes erzeugte Aufzeichnung genau nur mit atmosphärischen Bedingungen oder mit Störungen im Detektor in Beziehung gebracht. Die Verwendung des Operationsverstärkers 20 in der Wiedergegebenen Weise ergibt den Vorteil, daß der Ionisierungsstrom nur in äußerst geringem Maße während der Verstärkung gestört wird. Ein gleiches Resultat wird durch Verwendung des Operationsverstärkers zur Einhaltung des konstanten Potentials in der Kammer zwischen der Elektrode und der Ionisierungsquelle erhalten. Diese beiden Faktoren helfen mit, sicherzustellen, daß

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Schwankungen in dem aufgezeichneten verstärkten Iorisierungsstrom nur durch nachprüfbare atmosphärische oder Feueralarm-Bedingungen veranlaßt werden und nicht durch die Verstärkungseinrichtung beeinflußt werden.

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L e e r s e i t e

Claims

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Patentansprüche:

I.'' Detektor, insbesondere Feuerdetektor, bestehend aus einem Gehäuse mit einer einzigen darin ausgebildeten Meßkammer, in deren Wandung mehrere den Durchstrom von Luft durch die Kammer ermöglichende Öffnungen vorgesehen sind und innerhalb welcher auf einem Isolationsträger eine Elektrode montiert ist, wobei eine eine Potentialdifferenz zwischen Elektrode und Gehäuse erzeugende Einrichtung sowie eine in der Kammer einen Ionisierungsstrom in derselben erzeugende Einrichtung vorgesehen ist, der von der Elektrode aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (20, 21) zur Verstärkung des Ionisierungsstromes sowie eine Einrichtung (22) zur Anzeige der Veränderung des verstärkten Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit vorgesehen sind.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (22) aus einer die augenblickliche Veränderung des Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit anzeigenden Einrichtung besteht.
3· Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (22) aus einer die Veränderung des Ionisierungsstromes in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnenden Einrichtung besteht.
4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung (24) zum Auslösen eines Alarms bei Überschreiten eines gegebenen Schwellenwertes durch den Ionisierungsstrom aufweist.

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5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert veränderbar ist.
6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (22) vom Detektorgehäuse (10) entfernt angeordnet ist.
7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen Elektrode (16) und Gehäuse (10) konstant gehalten wird.
8. Verfahren zur Betätigung eines Detektors, welcher einen amplitudenmäßig durch physikalische Paktoren beeinflußten Ionisierungsstrom erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom verstärkt wird und der verstärkte Strom an eine Einrichtung angelegt wird, welche eine lesbare Wiedergabe der Veränderung des verstärkten Stromes in Abhängigkeit von der Zeit erzeugt.

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