DE3200620A1

DE3200620A1 - Ionisations-rauchdetektor

Info

Publication number: DE3200620A1
Application number: DE19823200620
Authority: DE
Inventors: Robert E. Pembroke Mass. Johnson
Original assignee: Chloride Inc Tampa Fla; Chloride Inc
Current assignee: Pyrotector Inc
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1982-09-09
Also published as: CA1182592A; CH657222A5; ES508630A0; GB2091485A; ES8307060A1; JPS57164398A; GB2091485B

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE PATENTANWALT

Aktenzeichen:

JZÖUOZÜ

München, 12.1.1982 Mein Zeichen: P 3334

Anmelder: Chloride Indorporated

5200 West Kennedy Boulevard

Tampa, Florida

USA

Ionisations-Rauchdetektor

2OC

Beschreibung

Ionisations-Rauchdetektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ionisations-Rauchdetektor .
10

Ionisationsdetektoren sind so ausgelegt, daß sie ein Ausgangssignal zur Auslösung eines Signals dann abgeben, wenn die Rauchkonzentration bei dem Detektor einen bestimmten Wert erreicht. Dazu wird die durch ^ das Vorhandensein von Rauchpartikeln hervorgerufene Verminderung des Ionenstroms in der Kammer ermittelt. Bei einem Einzelkammerdetektor, bei dem die Kammerelektroden über einen Widerstand an einer Speisespannungsquelle angeschlossen sind, ruft die Änderung des lonenstroms eine Änderung der Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Detektor und dem Widerstand hervor. Bei einem Zweikammerdetektor, der eine Detektorkammer und eine geschlossene Bezugskammer aufweist, die mit der Detektorkammer in Reihe liegend

an einer Speisespannungsquelle angeschlossen ist, bewirkt die durch in die Detektorkammer eintretenden Rauch hervorgerufene Herabsetzung des Ionenstroms eine Änderung der Spannung am Verbindungspunkt der Kammern. Bei einem Doppelkammerdetektor, bei dem die Bezugskammer (oder das Referenzvolumen) innerhalb der Detektorkammer unter Verwendung einer gemeinsamen Ionenquelle angeordnet ist, ist eine Kollektorelektro de in der Kammer zwischen den inneren und äußeren Elektroden vorgesehen (wobei diese Kollektorelektrode zuweilen die Trennung zwischen den beiden Kammern schafft). Dabei bewirkt die Herabsetzung des lonenstroms eine Änderung der Spannung an der Kollektor-

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elektrode. Diese Spannungsänderung wird zur Auslösung eines Alarms ausgenutzt.

Jedes der oben aufgeführten Systeme muß geeicht werden, so daß das Alarmausgangssignal bei einer definitiven bestimmten Rauchkonzentration abgegeben wird. Diese Rauchkonzentration führt zum Auftreten einer bestimmten Spannung an dem Detektor.

Es ist üblich, derartige Detektoren dadurch zu testen, daß die Bezugselektrode mit Erde bzw. Masse verbunden wird oder daß eine langsam ansteigende Spannung an die Rauchdetektorkammer abgegeben und die Spannung bestimmt wird, bei der das Alarmsignal erzeugt wird.

Es ist außerdem vorgeschlagen worden, daß eine Testelektrode in der Rauchkammer vorgesehen sein kann, um mit Erde bzw. Masse oder mit einer Spannungsänderungseinrichtung verbunden zu werden, damit das

Alarmtestsignal hervorgerufen wird-20

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie ein lonisations-Rauchdetektor auf relativ einfache Weise für einen sicheren Betrieb

ausgebildet werden kann.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung kann ein Ionisations-Rauchdetektor mit einer Testelektrode in der Detektorkammer versehen sein, und außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, die an die Testelektrode eine einzelne bestimmte Spannung abgibt, die einen solchen Wert hat, daß sie.tatsächlich das Vorhandensein von Rauch in

der Kammer in einer Menge simuliert, bei der der Detektor ansprechen sollte. Wenn beispielsweise beabsichtigt ist, daß der Detektor ein Alarmsignal

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dann erzeugen sollte, wenn die Rauchkonzentration eine 1&Lge Verdunkelung bewirkt bzw. erreicht (das bedeutet, daß ein Prozent des Lichtes absorbiert wird welches eine ca. 30 cm lange Rauchsäule passiert), dann bewirkt das Vorhandensein dieser Rauchkonzentration eine gewisse Änderung in der Spannung am Kollektor oder an dem Verbindungspunkt, und zwar in Abhängigkeit von dem Detektortyp. Deshalb ist die Testschaltung so ausgelegt, daß an die Testelektrode eine Spannung mit einem solchen Wert angelegt wird, daß dieser Spannungswert das Auftreten der betreffenden Spannungsänderung am Kollektor oder an dem Verbindungspunkt bewirkt.

Die Testschaltung ist außerdem so ausgelegt, daß die Testspannung in einer solchen Art und Weise abgegeben wird, daß solche Spannungssprunge nicht auftreten, die eine Falschanzeige bezüglich des zufriedenstellenden Betriebs hervorrufen könnten.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Testspannung von einer fernen Stelle aus abgibt.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht in einer schematischen Darstellung einen Ionisationsdetektor, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert, wobei der

^ou betreffende Detektor mit einer Testelektrode versehen ist und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine bestimmte Spannung an die Testelektrode zur Simulierung einer bestimmten Rauchmenge in der Kammer abgibt.

Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen der Spannung an der Testelektrode und dem prozentualen Rauchanteil, der die betreffende

3 Z U U .^ U

Spannung simuliert.

Fig. 3 und 4 zeigen modifizierte Ausführungsformen von Testschaltungen, die das Testen des Detektors von einer fernen Stelle her ermöglichen. 5

In Fig. 1 ist schematisch ein Ionisations-Rauchdetektor 10 gezeigt, der ein Gehäuse 12 mit einer inneren Elektrode 16, einer äußeren Elektrode 14 und einer Kollektorelektrode 18 aufweist. Der physikalische Auf-

TO bau derartiger Detektoren führt zu einer inneren oder Bezugskammer 20 zwischen der inneren Elektrode 16 und der Kollektorelektrode sowie zu einer äußeren oder Rauchdetektorkammer 22 zwischen der Bezugselektrode und der äußeren Elektrode 14. Der physikalische Aufbau derartiger Detektoren ist an sich bekannt und beispielsweise in der US-PS 39 35 466 und in der GB-Anmeldung 20 13 393A veranschaulicht. Eine Ionisationsquelle 24 ist in dem Gehäuse vorgesehen, um einen Ionenstrom fließen zu lassen, wenn der Detektor an einer Speisespannungsquelle P angeschlossen ist. Die äußere Elektrode 14 und die innere Elektrode 16 sind an der Speisespannungsquelle derart angeschlossen, daß ein Ionenstromfluß definitiver Höhe zwischen der inneren Elektrode und der äußeren

° Elektrode fließt, wenn saubere Luft in dem Detektor vorhanden ist.

Dieser Ionenstromfluß ruft an der Kollektorelektrode das Auftreten einer Spannung mit einem bestimmten

Wert hervor. Diese Spannung wird dem Anschluß T1 eines Komparators C zugeführt, um mit einer Bezugsspannung verglichen zu werden, die dem Anschluß T2 von dem Verbindungspunkt J1 eines Spannungsteilers her zugeführt wird, der aus Widerständen R1 und R2

besteht, die in Reihe liegend an der Speisespannungsquelle P angeschlossen sind.

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Wenn Rauch in die Kanuner eintritt, dann Vermindern die Rauchpartikeln den lonenstromfluß, wodurch die Spannung an der Kollektorelektrode sinkt. Bei einem besti-nten Detektor, der mit einer Speisespannung von beispielsweise 9V arbeitet, kann die Spannung an der Kollektorelektrode bei Vorliegen von sauberer Luft beispielsweise 5,5V betragen. Die Widerstände R1 und R2 weisen solche Widerstandswerte auf, daß die Spannung am Anschluß T2 des Komparators 4,5V beträgt. Wenn die Rauchdichte in der Kammer groß genug wird, um die Kollektorspannung auf 4,5V herabzusetzen, dann erzeugt demgemäß der Komparator ein Ausgangssignal für die Alarmauslöseeinrichtung A.

in dem Detektor gemäß der Erfindung ist eine Testelektrode 26 vorgesehen, und zwar in dem Gehäuse zwischen dem Kollektor und der äußeren Elektrode innerhalb der Rauchdetektorkammer. Um eine bestimmte Spannung an die Testelektrode anzulegen, ist ein Spannungsteiler vorgesehen, der aus Widerständen R3 und R4 besteht, die über einen Verbindungspunkt J2 und einen Schalter S1 in Reihe liegend an der Speisespannungsquelle P angeschlossen sind. Die Testelektrode ist dabei an dem Verbindungspunkt J2 angeschlossen.

Die Testelektrode wied normalerweise auf demselben Potential wie die äußere Elektrode gehalten, da sie mit der äußeren Elektrode und der Speisespannungsquelle über den Widerstand R3 verbunden ist und da

nahezu kein Strom über den Widerstand fließt, wenn der Schalter S1 geöffnet ist.

Wenn jedoch der Schalter S1 geschlossen ist, dann ruft der die Widerstände R3 und R4 durchfließende

Strom das Auftreten einer bestimmten Spannung an der Testelektrode hervor, wobei diese Spannung niedriger ist als die Spannung an der äußeren Elektrode. Dies

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wiederum ruft eine Änderung in der elektrischen Feldverteilung innerhalb der Kammer zwischen dem Kollektor und der äußeren Elektrode hervor. Diese Änderung in der Feldverteilung ruft eine Herabsetzung der Spannung am Kollektor hervor. Wenn die an die Testelektrode angelegte Spannung den richtigen Wert hat, dann wird die Kollektorspannung auf einen Wert vermindert, der gerade gleich dem Wert der Komparator-Bezugsspannung ist. Die Abgabe der richtigen Spannung an die Testelektrode wird demgemäß die Rauchmenge in dem Gehäuse simulieren, bei der der Alarm auszulösen ist.

In Fig. 2 ist anhand einer Kurvendarstellung die Be-Ziehung zwischen der Spannung an der Testelektrode und dem prozentualen Rauchanteil veranschaulicht, den die jeweilige Spannung für einen bestimmten Detektor simuliert.

Wenn beabsichtigt ist, von dem Detektor ein Alarmsignal dann abgeben zu lassen, wenn die Rauchkonzentration in der Kammer ein Prozent erreicht (was durch das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 festgelegt wird), dann ergibt sich aus Fig. 2, daß eine Testspannung von etwa 5»8V erforderlich sein wird, um unter Bedingungen mit reiner Luft einen Testalarm zu erzeugen. Bei der Herstellung derartiger Detektoren ist es aufgrund der Herstelltoleranzen bei der Herstellung großer Mengen unpraktisch, die

Detektoren hinsichtlich des exakten Alarmpunktes zu testen. Wenn eine Vorschrift von einer Regierung oder von einem industriellen Vorschriftenverband die Forderung erhebt, daß der Detektor beispielsweise auf 6% Rauch ansprechen sollte, dann kann der De-

tektor mit dem Ziel, auf 1?6 Rauch anzusprechen, hergestellt werden, und die Testschaltung wird dann so ausgelegt, daß ein prozentualer Rauchanteil

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simuliert wird, der zwischen dem geforderten Alarmpunkt von 6% Rauch und dem ausgelegten Alarmpunkt von Λ% Rauch liegt. Demgemäß werden die Widerstände R3 und R4 solche Widerstandswerte aufweisen, daß bei geschlossenem Schalter S1 eine Testspannung erzeugt wird, die beispielsweise 3% Rauch simuliert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann der Schalter S1 ein magnetisch betätigter Schalter sein, der so angeordnet ist, daß der Test durchgeführt werden kann, indem ein Magnet an die Außenseite des Detektorgehäuses gebracht wird. Die Tatsache, daß der Schalter zu den Widerständen R3 und R4 in Reihe liegt, verhindert das Auftreten eines Stromstoßes, wenn der Schalter geschlossen wird, was die Alarmschaltung in fehlerhafter Weise auslösen könnte.

Um die Durchführung des Testes von einer fernem Stelle her zu ermöglichen, kann eine modifizierte Ausführungsform der Testschaltung vorgesehen werden, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Widerstände R3 und R4 mit der Kollektor-Smitter-Strecke eines Transistors T in Reihe geschaltet. Die Basis des Transistors T ist an dem

^ Verbindungspunkt J3 von Widerständen R5 und R6 angeschlossen. Diese Widerstände sind über einen Schalter S2 an der Speisespannungsquelle P angeschlossen. Der betreffende Schalter S2 kann sich an einer fernen Stelle befinden, wie in einem zentralen Steuerfeld.

Das Schließen des Schalters S2 bewirkt, daß an die Basis des Transistors T eine bestimmte Spannung abgegeben wird, die ausreicht, um die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors in den leitenden Zustand zu bringen, so daß die Testispannung an dem Verbindungs-

punkt J2 auftritt. Wenn die Leitung von dem Schalter S2 zu dem Detektor lang genug ist, um SpannungsSprünge aufzunehmen, dann kann ein Störungsunterdrückungs-

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kondensator F zwischen der Basis des Transistors T und Erde bzw. Masse vorgesehen sein.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die die Verwendung eines Fern-Testschalters ermöglicht, ist in Fig. k gezeigt. Gemäß Fig. 4 sind die Widerstände R3 und R4 zu einer licht- bzw. fotoeömpfindlichen Einrichtung, wie zu einem Fototransistor PT einer Optokoppler-Trennschaltung in Reihe geschaltet. Die Lichtquelle L der betreffenden Trennschaltung kann an der Speisespannungsquelle P über einen Widerstand R7 mit einem geeigneten Wert sowie über einen Schalter S3 angeschlossen sein. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann der Schalter S3 an einer fernen Stelle angeordnet sein. Wenn der Schalter S3 geschlossen wird, ermöglicht es das Aufleuchten der Lichtquelle L, daß die fotoempfindliche Einrichtung leitend wird. Dies hat zur Folge, daß die Testspannung am Verbindungspunkt J2 auftritt.

Obwohl bei den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung die Testelektrode und die Schaltung als in einem Doppelkammerdetektor enthaltend dargestellt sind, kann die Erfindung jedoch auch in einen Einzelkammerdetektor oder in die Detektorkammer eines Zweikammerdetektors einbezogen sein.

Claims

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE München, 12.1.1982

PATENTANWALT

Aktenzeichen: Mein Zeichen: ^P 3334

Patentansprüche

( 1.Jlonisations-Rauchdetektor mit einer Kammer (12), ^=¹^ die erste und zweite Elektroden (14,16) und eine Einrichtung (24) aufweist, die einen lonenstrom zwischen den betreffenden Elektroden (14,16) fließen läßt, mit einer Einrichtung (P), die eine Spannung zwischen die Elektroden anlegt, und mit einer Einrichtung (C), die auf eine Verminderung des Ionenstroms zwischen den ersten und zweiten Elektroden (14,16) anspricht, um bei Auftreten eines lonenstroms mit einem bestimmten Wert ein Alarmsignal abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (12) in Verbindung mit den ersten und zweiten Elektroden (14,1b) eine Testelektrode (26; angeordnet ist und daß eine Spannungsabgabeeinrichtung (R3, R4,S1) vorgesehen ist, die an die betreffende Testelektrode (26) eine Spannung mit einem solchen Wert abzugeben gestattet, daß dieser Spannungswert eine Herabsetzung des lonenstroms auf den genannten bestimmten Wert hervorruft.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Testelektrode (26) normalerweise auf demselben Potential gehalten ist wie eine der anderen Elektroden (14,16) und daß die an die Testelektrode (26) angelegte Spannung niedriger ist als die Spannung an der einen Elektrode (14), jedoch höher als die Spannung an der anderen Elektrode (16)„

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3· Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Testelektrode (26) abgegebene Spannung vom Verbindungspunkt (J2) zweier Widerstände (R3,R4) geliefert wird, die an der Speise-Spannungsquelle CP) für die ersten und zweiten Elektroden (14,1b) angeschlossen sind, und daß mit den beiden Widerständen (R3,R4) ein Schalter (S1) in Reihe liegt, bei dessen Schließung die Spannung an dem genannten Verbindungspunkt (J2) der beiden Widerstände (R3,R4) an die Testelektrode (26) abgegeben wird.
4. Detektor nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter einen Transistor (T) umfaßt, der mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe zu den beiden Widerständen (R3,R4) liegt, und daß eine Spannungsabgabeeinrichtung (R5,R6,S2) vorgesehen ist, die an die Basis des Transistors (T) eine solche Spannung abzugeben gestattet, daß ein Stromfluß über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (T) unter Abgabe einer Spannung an die Testelektrode auftritt.
5. Doppelkammer-Ionisations-Rauchdetektor mit einem ²^ Gehäuse (12), mit einer inneren Elektrode (16), mit einer äußeren Elektrode (14), mit einer zwischen der inneren Elektrode (16) und der äußeren Elektrode (14) vorgesehenen Kollektorelektrode (18), mit einer Ionenquelle (24), mit einer Speisespannungs-

quelle (P) für die Abgabe einer solchen Spannung zwischen die innere Elektrode (16) und die äußere Elektrode (14), daß zwischen diesen Elektroden (16, 14) ein ionenstrom auftritt, und mit einer an der Kollektorelektrode (18) angeschlossenen Einrich-

tung (C), die auf eine bestimmte Verminderung der Spannung ein Alarmsignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der äußeren Elektrode (14) und der

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Kollektorelektrode (18) eine Testelektrode (26) zugehörig ist

und daß eine Spannungsabgabeeinrichtung (R3,R4,S1) ve rgesehen ist, die an die betreffende Testelektrode (26) eine Testspannung mit einem solchen Wert abgibt, daß an der Kollektorelektrode (18) eine Spannung auftritt, die gleich der oder kleiner als die Spannung ist, die an der betreffenden Kollektorelektrode (26) das Alarmsignal auslöst.
6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabgabeeinrichtung (R3,R4,S1) für die Abgabe der Spannung an die Testelektrode (26) einen zwischen der äußeren Elektrode (14) und der Testelektrode (26) angeschlossenen Widerstand (R3) und einen in Reihe zu einem Schalter (S1) liegenden Widerstand (R4) umfaßt, der zwischen der Testelektrode (26) und der inneren Elektrode (16) angeschlossen ist, derart, daß bei geöffnetem Schalter (S1) die Testelektrode (26) auf demselben Potential wie die äußere Elektrode (14) gehalten ist, während bei geschlossenem Schalter (S1) die Testspannung an die Testelektrode (26) angelegt ist,

²^
7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter eine Optokoppler-Trenneinrichtung umfaßt, deren fotoempfindliche Einrichtung (PT) in Reihe zu dem zweiten Widerstand (R4) zwischen der Testelektrode (26) und Erde bzw.

Masse angeschlossen ist, daß eine Lichtquelle (L) so geschaltet ist, daß die fotoempfindliche Einrichtung (PT) bei Erregung der betreffenden Lichtquelle beleuchtet ist, und daß eine Speiseeinrichtung vorgesehen ist, die die fotoempfindliche Ein-

richtung (PT) speist.