DE3100022A1 - Ionisierungsrauchmelder - Google Patents
IonisierungsrauchmelderInfo
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Description
Brief vom Blatt 4 :.. .; Dipl.-Ing. G. Schlieb*
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Die Erfindung bezieht sich auf einen Iοnisierungsrauchmeld
er zur Abgabe eines Alarmsignales bei der Entstehung eine« Brandes,
Bekamt sind schon zahlreiche Rauch- oder Brandmelder,
die auf dem Prinzip der Veränderung der Eigenschaften
eine:? ionisierten Atmosphäre beruhen, der Rauchgasspuren
zuströmen. Derartige Rauchmelder besitzen zwei Kammern, eine Referenzkammer und eine Analysenkammer, die beide
der intensiven Ionisierung eines ^-Strahlers ausgesetzt sind, bei dem es sich im allgemeinen um eine Americium-Quelle
handelt. Bei dieser Art von Rauchmelder ist die Analysenkammer den Rauchgasspuren ausgesetzt, während
die Referenzkammer eine eingeschlossene Atmosphäre bewahrt.
Zur !Ermittlung der relativen lonisierungsänderungen zwischen
den beiden Kammern dienen zwei durch ein Gleichspannungsfeld
polarisierte Elektroden. Die Ionisationsände:?ung kann entweder durch einen Strom ausgedrückt
werden oder durch eine Spannung, die durch einen Transistor-Kreis
verstärkt wird.
Wenn in der Analysenkammer Rauchgas spur en auftreten,
vermindert sich der Ionisierungsstrnm und die Spannung
wächst. Dieses Signal wird von einem als Kippverstärker wirkenden elektronischen Kreis verarbeitet, Em derartiger
Rauchmelder weist aber zahlreiche b au ar4" bedingte
Nachteile auf, weil er radioaktive Quellen hoher Aktivität (24 yuCi) benötigt sowie einen elektronischen Yerstärkerkreis
hoher Impedanz, der gegenüber elektrischen
Störungen empfindlich ist.
Hauptnacht eile sind demgemäß ein beträchtliches Risiko
radioaktiver Verunreinigungen, die Gefahr einer
1 30051/038S
Brief vom Blatt 5 ..." . Γ '. - - · Dlpl.-Ing. G. Schliebs
an das Deutsche Patentamt^ München Patentanwalt
Kontamination der mit d©r Herstellung oder Reparatur des
Rauchmelders beschäftigt@n Arbeitskräfte, schwierige Herst
el !"bedingungen, da besondare Maßnahmen zum Schutz des
Personals sowie b©@ond©re Vorkehrungen für die lagerung
der radioaktiven Quallen getroffen werden müssen, und eine langsame Ansprechgeschwindiglceit des Rauchmelders, da
die Analysenkammer nach außen geschützt sein muß, um gefährliche
Auswirkungen der Radioaktivität zu vermeiden«
Die Erfindung stellt sieh einen Rauchmelder zur Aufgabe,
dessen Störempfindlichkeit geringer ist und der keinen.
radioaktiven Strahler hoher Aktivität benötigt.
Hierzu schlägt die Erfindung eines. Ioiiisierungsrauchmβία
er nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 vor. Vorteilhaft© Ausgestaltungen der Erfindung schließen sich in den
Unteransprüchen an»
Der erfindungsgemäßθ Ionisierungsrauchmelder arbeitet
nach dem Prinzip der Messung äsr Dielektrizitätskonstanten
der Luft j die sich b©im Auftreten von Rauchgasspuren
ändert» Hierdurch und durch Verwendung einer racioaktiven
Strahlungsquell© sehr schwacher Aktivität (0,1 yuCi)
v/erden die aufgeführten lacht©ile "bisheriger Rauchmelder
vermied©n.
Bei dem neuartigen Hauohmeldar sind nach einem Merkmal
der Erfindung zwei metallische Kondensatorf lachen vorges©henj
die einen Xwftkonaensator bilden« Mrnmt man näherungsweise
zwei parallele Kondensat or plat ten mit der
Oberfläche s und dem Abstand e zwischen ihnen an, so läßt
sich die Kapazität C in λχΈ dieses Kondensators durch die
folgende Gleichung errechnen?
Brief vom Blatt 6,. .:.. .'.- Dlpl.-Ing. G. Schliebs
an das Deutsche Patentamt;, München Patentanwalt
Hierbei ist die Dielektrizitätskonstante £ abhängig von
der chemischen Zusammensetzung der zwischen den Kondensatorflächen
befindlichen Luft.
Bringt man auf einer Kondensatorflache eine radioaktive
Quelle sehr schwacher Aktivität an (1 /uCi), zoB. einen
«fc-Strahler, so werden sich die Dielektrizätskonstante
der luft und dia Impendanz des Kondensators vermindern
und auf einen mittleren Wert einstellen, der von der Intensität der ionisierenden Strahlung abhängt.
Die Höhe des Dielektrizitätskoeffizienten und folglich
die Impedanz des Luftkondensators ändert sich also in
Abhängigkeit von der Zusammensetzung der luft zwischen den Kondensatorflachen, wenn man berücksichtigt, daß die
Ionisierung nicht im Sättigungsbereich liegt. Ein Wechsel
in der Lxx ft zusammensetzung, wie er durch das Auftreten
von Eauchgasen entsteht, liefert eine Änderung der elektrischen Impedanz, die sich feststellen und zur Auslösung
eines Alarmsignales benutzen läßt.
Damit die von den Rauchgasen hervorgerufenen Änderungen
der K.ondensatorimpedanz meßbar und mit einer konstanten
Impedanz oder Bezugsimpedanz vergleichbar sind, ist nach einem Merkmal der Erfindung nahe bei der radioaktiven
Quelle eine Sammelelektrode angeordnet» Zwischen Sammelelektrode
und Strahlungsquelle befindet sich eiu relativ kleir es Luftvolumen, das bis zur Sättigung i',..is:ert ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die iXmmelelelrtrode
an einen elektrischen Differenzierkreis für Überwachung und Alarmgabe angeschlossen, der der französischen
AMOR-Norm (NFS 61950) entspricht. Dieser Kreis
vermeidet die G-efahr von Fehlalarm infolge langsamer Kapazitätsänderung
en des Luftkondensators oder des Überwachungskreises
selbst oder auch infolge von Betriebsstörungen des Rauchmelders.
130051/0386
Brief vom Blatt 7
»!.-!ng. Q. Schüebs
das Deutsche Patentamt,, München Patentanwalt
Die Erfindung beruht also auf d©r neuartigen Anoidnung an
sich bekannter Mittel, wi© XC©&ö©H.satorf lachen, äie einen
Luftkondensator mit zwei eing@sehlossan©n. Räumen bilden,
einer radioaktiven (Quell© in. Gestalt eines «^-Strahlers
5. sehr schwacher Aktivität9 einem elektrischen Differenzierkreis,
dar awischon langsam©n u&ü söhn©11en Signalen unterscheidet
j, und ®in©m Ala,rmans©ig©kr©is für Licht- oder
Sehallsignal©s, ui zn einem n@uas?tig@n. Rauohaeläer au gelangen
O
Hisräurch bietet clie l^fiadung ashlreioh© ¥orteilas insbesondere
eine groß® Funktioasg)ich@rh©it das Rauchmelders,
ein© geringe radioaktiife Vssrunrginiguag naeh beliebiger
linwirkung auf ä®n E©uchm©lä@2?P' ©ia© loiolitQ Herstellbarkoit
ü@s Rauclaa©lcl©r®9 ©in vsrnacMlassigfeasts Kontaaina=
■ tiosisrisiko b®i ä©^1 Hoparatur ä@s Sau©te©liSS1S9 ein© grosser® &enaaigk®it in &q^ fsststolliaag ύοά Hau©lagasspar©a
und ein© beträchtlioli© Yermiaös^ung ä©? ß®faSir von F©hlalarmsn9
di© voa Hochf^equ^azstör-tangsa 3aGS?2?üiH?®& feönnoa
od ®ΐ auch von aufälligon9 söh.waeii©n S^ ö zu ag ©a ia ä@r ehemischen
Zusamm©ns©tsuag ä@r tibe^waehtoa
Zu diesen Vortailsn isoüMt noea hinsu? Saß ä©r neuartig©
Rauchmelderj, der auf kapazitiver feunilag® arbeitet, an
ein© einfach© Differ©nsi®roehaltung aapaßbar ists die der
französischen lors für RauGlaa®löer (IPS 6195O9 April 1978)
entsprichto
Weitere linsQlhtiton und Vorteil© ä@r Erfindung ©rgsben
sich aus der folgenden B©sehr©!"bung9 di® sich auf die
Zeichnungen b®si®hto In dies©η ζ©igtί
Pigo 1 in ®in®M Priasips ehalt "bild äi@ Arbeitsweise
d©s
0B1/0311
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Pig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des Rauchmelders in fig. 1 im Schnitt; und
Fig. 3 den an den üaft kondensat or des Rauchmelders in
Pig. 1 und 2 angeschlossenen Differenzierkreis
in Verbindung mit einem Alarmkreis»
Der in seiner prinzipiellen Arbeitsweise in Pig. 1 dargestellte Rauchmelder besitzt einen schematisch im Schnitt
dargestellten Luftkondensator, der aus zwei metallischen Kondensatorflachen besteht, einer ersten Fläche 1 in Form
einer Haube, die ein verhältnismäßig großes I/uftvolumen
umschließt, und einer zweiten Fläche 2 in Form einer Scheibe, welche die radioaktive Quelle 3 trägt.
Eine nahe an der radioaktiven Quelle angeordnete Sammelelektrode
4 begrenzt swei Räume, einen relativ großen Raum zwischen der Sammelelektrode 4 und der Kondensatorfläche
1, der eina*nicht sättigenden Ionisierung unterworfen ist, und einen relativ kleinen Raum zwischen der
Sammelelektrode 4 und der Kondensatorflache 2, welcher
die radioaktive Quelle trägt. Dieser kleine Raum ist einer sättigenden Ionisierung unterworfen. Die Dielektrizitätskonstante
des kleinen Raumes ist somit unabhängig von der Zusammensetzung der I^ ilia befindlichen Luft
konstant.
Der von den Kondensat or fläch en 1 und 2 gebildet J -i'mftkondensator
wird von einer G-Ieichspannungsquelle A polarisiert.
Eine Anpaßimpedanz Z ermöglicht die Abgleichung des angeschlossenen Kreises und die Einstellung von Spannung
U und Strom I auf Werte, die für das Arbeiten des Rauchmelders günstig sind.
In Fig. 2 ist der Rauchmelder in einer bevorzugten Ausführungsform
im Schnitt dargestellt. Gezeigt ist der
130051/0386
an das Deutsche Patentamts München Patentanwalt
I/uftkondensator mit der Kondencatorflache 1 in Form einer
Haube, die ein relativ großes Imftvolumen einschließt,
und mit der Kondensatorfläche 2 in Form einer Scheibe,
die einen oC -Strahler (Amerieium) als radioaktive Quelle
3 trägt. Diese Quelle kann auf der Kondensat or f. La ehe 2
verklebt oder versehweißt sein.
Ferner ist die Samia el elektrode 4 dargestellt, weiche den
Saum zwischen den Kondensatorflächen in zwei Raune unterteilt,
den Raum zwischen Sammelelektrode und Komi ensat orfläche
1 mit dem relativ großen Volumen und mit nur teilweiser Ionisierung, der die möglicherweise von einem Brand
ausgehenden Rauchgase empfängt und demgemäß als Analysenkamrner
dient, und den Raum zwischen. Sammelelektrode und
Kondensatorfläche 2 mit dem kleinen Volumen und mit Sättigungsionisierung
infolge der Anbringung der Strahlungsquelle 3 auf der Kondensatorfläche 2. Dieser zweite,
kleinere Raum dient als Referenzkammer, da die Ionisierung
bei beliebiger Luft zu'sammens et zung gleich sein wird und
somit der Wert der Dielektrizitätskonstanten als Referenzwert
genutzt werden kann«, Di® Samm el elektrode 4 und die
als Scheibe ausgebildete Kondensatοrflache 2 sinö über
biegsame Drähte 12 mit einer gedruckten Schaltung 5 verdie den. elektronischen Differenzierkreis bildet»
Die Kondensatorfläche 1 ist mit der gedruckten Schaltung
5 über einen Schraubanschluß 9 verbunden, der einfach mit der Grundplatte dieser Schaltung verschraubt ist.
Ein Distanzstück 6 dient einerseits zur Speisung der gedruckten Schaltung mit einer niederen Gleichspannung (20 V)
vnä andererseits zur Befestigung der gedruckten Schaltung
an einem Sockel 7 des Rauchmelders.
Die gedruckte Schaltung 5 ist außerdem mit Hilfe einer Schraube 10 an einem Geh aus 3 11 des Rauchmelders befestigt.
.130051/03SS
Brief vom Blatt 1O .. :. Dlpl.-Ing. G. Schliebs
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
iJlof-jevi Gehäuse bildet einen Faraday-Käfig und 1st an Beinern
ufi I; or en Teil belüftet.
Jiine Leuentanzeige 8 am Rauchmelder zeigt den Alarmzustand
oder einen Funktionsfehler an.
Der an den iuftkondensator (1, 2) angeschlossene Differenzierkeeis
mit nachgeschaltetem Alarmkreis ist in Fig0 3
dargestellt. Es handelt sich um eine vereinfachte Schaltung, die nach einem Merkmal der Erfindung der französischen
AMOR-Form für Brandmeldegeräte (ITI1S 61950, April
1978) entspricht. Die beiden Kondensatorflächen 1 und 2 sind mit den Plus- und Minuspolen der 20 V-Gleichspannungsquelle
verbunden. Die Sammelelektrode, welche die Änderungen des lonisierungsstromes zwischen den Kondensatorflächen
aufnimmt, ist an einen 3?eldeffekt-Transistor T1
angeschlossen, der mit einem pnp-Transistor T2 verbunden
ist.
Ein Eingangs-Elektrolytkondensator 05 stabilisiert die
speisespannung des Rauchmelders mit Luftkondensator. Die
Quellenelektrode des Transistors T1 ist mit einem potentiometrischen
Spannungsteiler R2 R3 verbunden. Der Mittelpuikt
dieses Spannungsteilers ist über eine Diode D1 und einen Widerstand R 5 mit einem üleictrolytkond ensat or
C1 verbunden. Der Kondensator C1 entlädt sich "ber einen
programmierbaren Unijunction-Transistor T3, der an einen
5 Widerstand R6 angekoppelt ist.
Der Transistor T3 steuert einen Thyristor Ί'7, der durnh
seinem Widerstand R13 und seinen Kondensator C2 geschütz,,
ist.
Der aus den Widerständen R7, R8 und R9 bestehende Kreis
legt das obere und das untere Potential der Diode D2 fest.
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Brief vom Blatt 1 ' , Dlpl.-Ing. Q. Schllobs
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Der den oberen Potentiellen des Rauchmelders entsprechende
Kreis besteht aus den Transistoren T4, T5 und dem Rückwirkwiderstand
R1O.
Der Alarmkreis umfaßt einen Widerstand R14 und Dioden D9
und D6. Eine mit dem Widerstand R12 verbundene LED-Diode
D6 dient zur Leuchtanzeige des Alarmfalles.
Über eine Klemme A1 ist eine Übertragung des Alarmfalles
nach außen möglich. Klemmen A2 und A3 dienen zur Übertragung eines Alarmfalles oder einer Störung. Sie sind
mit der Diode D4 und dem Transistor T 4 verbunden. Der von
den !Transistoren T6, T4 und der Diode D5 gebildete Kreis steuert die üED-Dioäe D6.
Der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Rauchmelder arbeitet
folgendermaßen: Wenn der Raum zwischen der Sammelelektrode
4 und der Konäensatorflache 1 Rauchgase empfängt,
die einen Alarmfall bilden, dann vermindert sich di© Kondensatorkapazität und der Transistor T1 wandelt
diese Verminderung in eine Spannung um« Die schnelle Änderung der Spannung des Transistors T1 im Alarmfall wird
vom Transistor 13 differenziert, der den Thyristor T7
schaltet und steuert, um diese Information über den Widerstand R14 und Diode D9 zur Zentrale weit er zuleiten. Der
Elektrolytkondensator 01 speichert die langsamen änderungen des Potentials des Rauchmelders (Basi3rau sch cn) und
verhindert, daß diese langsamen Veränderungen zu einem
unseitigen Auslösen eines Fehlalarmes führen. In. dem
FaIIe5 in dem die Meßkammer ein Sättigungsphänomen erfährt,
kann der Transistor T3 kippen und zwar dank der
auf den Kondensator C1 über den potentiometrischen Spannungsteiler
Rl9 R8, R9 und die Diode D2 aufgebrachten
Spannung.»
130051 /0386
Brief vom Blatt "· 2 . Dlpl.-lng. G. Schliebs
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Im Falle eines Impedanzverlustes des Rauchmelders erhöht
sich das Potential des Punktes S über das Potential des Punktes Ta« Der Transistor 15 wird leitend und macht den
Transistor T4 leitend. Diese Durchschaltung wird durch den Widerstand R1O beschleunigt. Der Impedanzverlust wird
sodarn über die Diode D4 und die Klemmen A2 und A3 zur Zentrale übertragen. In dem Falle, in dem der Impeäanzverlust
gleichzeitig mit einer Feststellung von Rauchgasen erfolgt, tritt eine Informationsüberdeckung auf. Die
Information "Alarm" wird aber normal übertragen dank der differentiellen Arbeitsweise (Differentialschaltung) des
Rauchmelders.
Nach einem Alarm ist eine Entladung des Kondensators C1
notwendig, um wieder ein auf-Null-setzen des Rauchmelders
zu bewirken. Diese Aufgabe erfüllt der Transistor 13, der kippt und bis zur Erreichung des normalen Arbeitspotentials des Kreises leitend wird, der von dem Kondensator
01 und dem Transistor T3 gebildet wird.
Es ist festzuhalten, daß der Alarm verlangt, daß der in
der Zentrale befindliche Beobachter den Hauptkreis des Rauchmelders anhält, der den von den Elementen 01 und T3
gebildeten Kreis steuert.
130Ö51/03SÖ
Claims (5)
1.) lonisierungsrauehmelder, dadurch gekennseichnet,
daß eine Strahlungsquelle (3) mit schwacher Aktivität zur Ionisierung der Luft auf einer dor Kondensat
or flächen (2) eines elektrisch polarisierten
Luftkondensators befestigt oder aufgeklebt ist,
wobei nahe der Strahlungsquelle eine Sammelelektrode
(4) angeordnet ist, die den Raum zwi&chen den Kondensatorflächen (1, 2) aufteilt in einen
großen9 nur teilweis© ionisierten Baum, dessen
Dielektrizitätskonstante sich mit dem Auftreten
von Rauchgas verändert, und in einen kleinen, bis zur Sättigung ionisierten Raum, dessen Dielektrizitätskonstante
konstant ist, und die Änderungen der Dielektrizitätskonstanten der Kondensat or Iu ft
über einen angeschlossenen transistorisierten Differenzierkreis
feststellbar macht, der sie in
130051
Brief vom Blatt 2 [_ .:. Dlpl.-Ing. G. Schriebe
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
langsame und schnelle Änderungen differenziert und.
die schnellen Änderungen verstärkt und zur Steuerung eines Alarmkreises benutzt, und wobei die Kondensatorflächen
mit Strahlungsquelle und Sammelelektrode
in. einem als Faraday-Käfig wirkenden, gelochten Gehäuse (11) untergebracht sind.
2. Ionisierungsrauchmelder nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (3), die
die Impedanz des Hilfskondensators festlegt, ein radioaktiver (k.-Strahler mit sehr geringer Aktivität
ist.
3. lonisierungsrauchmelder nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode
(A)t die sich nahe bei der einen, die Strahlungsquelle (3) tragenden Kondensatorfläche (2) befindet,
entfernt von der anderen Kondensatorflache (1) angeordnet
ist.
4. Ionisierungsrauchmelder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Polarisierung des Iiuft kondensat or s (1, 2) eine
Gleichspannungsquelle (A) mit ca. 20 V vorgesehen
ist.
5. lonisierungarauchmelder nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzei-n^ei, daß
5 das als Faraday-Käfig wirkende gelochte Gehäuse (11),
das den Kondensator (1, 2) gegenüber der äußersn
luft elektrisch isoliert, als belüftetes Metallgehäuse ausgebildet ist.
6» Ionisierungsrauchmelder nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
1300B1/038S
Brief vom Blatt ?",.' '. - - - ■' · - - - ·' — ßlpl.-lng. G. Schllebe
an das Deutsche Patentamt« Müae&©a Patentanwalt
transistorisiert© Diff©ronsifsrkrQis eiaea "Transistor
mit Impedansaapassung besitst, eia®a hiermit
uaä ©lasa llelctrolyt
aas Iiu ft Ιεο ad ©a© at ο 21S (1P 2) spoi@li©?t
g xiiaeh ©inea oöqs1 asiareren
Anspruch© 1 "bis 69 dlaöurea g©ls©an.2tioh,a©t $ äaß
©ia Kreis %\xs Jeststelluag äes Impsäanaverlustes
ä©s Irtiftkoaä©asato5?s (I8 2) aus ©iaes Reih© voa ärei
Transistoron "bestsht? voa doaoa ©iaer ©ia ©inst©11-"bares
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der iasprüeh© 1 Ms T5 ümkvü?©h g©ls@mia©iaJaaQts daß
ein aus ©ia®M Sraasistos? (21) yjiü ©ia©a Me^aa aag©sehloss®a©a
Bl©kt?olytlsoB.i©Eies!,t03? (01) gsMlclotej
Kr ©is di© f®st st ©llung ®in©s lla^iaQ® wä&^Qaä eiaas
Impedaasvsrlustss d©s liuftteoaöoasatoFs (I9 2) ermöglicht ο
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| ES498274A0 (es) | 1981-12-01 |
| FR2473201A1 (fr) | 1981-07-10 |
| FR2473201B3 (de) | 1982-10-01 |
| IT1136527B (it) | 1986-08-27 |
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