DE4016231C2 - Ionisations-Rauchdetektor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ioni­ sations-Rauchdetektor, der auf dem Prinzip zweier Kammern und einer Strahlungsquelle beruht. Durch Detektion der Veränderung des von der Strahlungs­ quelle erzeugten Ionenstromes, welcher durch die Ver­ änderung der Rauchkonzentration hervorgerufen wird, wird ein Feuer nachgewiesen.

Ein konventioneller Ionisations- Rauchdetektor, der auf einer Zwei- oder Doppel-Kammer und einer einzi­ gen Strahlungsquelle basiert, besteht aus einer inneren Elektrode mit einer Strahlungsquelle, einer Zwischen­ elektrode mit einer Lochblende, die die Strahlung pas­ sieren läßt, und einer äußeren Elektrode, in die der Rauch von außerhalb eintreten kann, und ist im US-Pa­ tent 42 34 877 beschrieben. Der Raum zwischen der in­ neren Elektrode und der Zwischenelektrode bei derarti­ gen Ionisations-Rauchdetektoren ist als eine innere Kammer ausgebildet, so daß die Spannung zwischen den beiden Elektroden im wesentlichen konstant gehal­ ten und dem Einfluß des äußeren Rauches entzogen ist, die somit als Referenzkammer dient. Der Raum zwi­ schen der Zwischenelektrode und der äußeren Elektro­ de ist als eine äußere Kammer ausgebildet, wobei die Spannung zwischen diesen Elektroden in Abhängigkeit von der Konzentration des von außen einfließenden Rauches sich ändert. Dringt Rauch in den Ionisations- Rauchdetektor ein, so wird dieser durch die Verände­ rung der Spannung zwischen den Elektroden der äuße­ ren Kammer mittels eines Nachweiselementes, wie z. B. eines Feldeffekttransistors mit einer hohen Eingangsim­ pedanz, nachgewiesen.

Es ist bekannt, daß die Größenordnung der Span­ nungsänderung zwischen den Elektroden in der oberen externen Kammer von dem Verhältnis der Abstände zwischen den Elektroden in der inneren und der äuße­ ren Kammer abhängt. Üblicherweise wird zur Bestim­ mung der optimalen Elektrodenabstände eines derarti­ gen Ionisations-Rauchdetektors das Verhältnis des in­ neren Elektrodenabstandes zu dem äußeren Elektro­ denabstand derart bestimmt, daß die Änderung der Aus­ gangsspannung des Feldeffekttransistors maximal wird, wenn Rauch in die äußere Kammer eindringt.

Da der Elektrodenabstand H zwischen der inneren und der äußeren Elektrode durch die Größe des Rauch­ detektors vorgegeben ist, wird die Position der Zwi­ schenelektrode so gewählt, daß die Änderung der Aus­ gangsspannung des Feldeffekttransistors maximal wird, wenn Rauch in den Sensor eindringt. Mit anderen Wor­ ten, wenn H_in der Abstand zwischen Innen- und Zwi­ schenelektrode und H_out der Abstand zwischen Zwi­ schen- und Außenelektrode ist, gilt die Beziehung H = H_in + H_out und es wird entweder H_in oder H_out zur Optimierung verändert.

In den vergangenen Jahren wurden Anstrengungen unternommen derartige Ionisations-Rauchdetektoren klein und handlich herzustellen. Es wurde also versucht, den Abstand zwischen der Innenelektrode und der Au­ ßenelektrode, der bei konventionellen Ionisations- Rauchdetektoren zwischen 20 und 30 mm liegt, weiter zu verringern, um den Gesamtsensor kleiner und kom­ pakter zu gestalten. Auch in diesem Fall ist es ebenso notwendig, die Elektrodenabstände derart zu bestim­ men, daß die Änderung der Ausgangsspannung des Feldeffektransistors maximal wird, wenn Rauch in den Sensor eindringt.

Experimente ergaben jedoch, daß ein Ionisations- Rauchdetektor, dessen Elektrodenabstand H zwischen Innen- und Außenelektrode kleiner als 16 mm ist, sehr empfindlich auf Schwankungen des atmosphärischen Luftdrucks reagiert. Das heißt, die Ausgangsschwan­ kungen, hervorgerufen durch die Änderungen des Luft­ druckes, sind bei der konventionellen Methode der Fest­ setzung der Elektrodenabstände zu groß, um einen sta­ bilen Betrieb des Sensors zu erlauben. Wenn man bei­ spielsweise einen verkleinerten Sensor benutzt, dessen Elektrodenabstände auf die konventionelle Art be­ stimmt wurden, so ändert sich die Ausgangsspannung des Feldeffekttransistors um mehr als 20%, wenn der Atmosphärendruck von Meereshöhe auf einen von 3500 m über Meereshöhe abgesenkt wird.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Ionisations-Rauchdetektor zu schaffen, dessen Elektrodenabstände derart sind, daß die Bedingungen sowohl der Empfindlichkeit des Rauchnachweises als auch der Abhängigkeit des Ergebnisses von dem Atmo­ sphärendruck berücksichtigt sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Ein erfin­ dungsgemäßer Ionisations-Rauchdetektor, dessen Elek­ trodenabstände so gewählt sind, daß sowohl die Emp­ findlichkeit des Rauchnachweises maximal als auch die Abhängigkeit vom Atmosphärendruck berücksichtigt ist, besteht aus einer inneren Elektrode mit einer Strah­ lungsquelle, einer Zwischenelektrode mit einer Loch­ elektrode zum Strahlungsdurchtritt und einer äußeren Elektrode, so daß die Innenelektrode und die Zwischen­ elektrode eine innere Kammer und die Zwischenelek­ trode mit der Außenelektrode eine äußere Kammer bil­ den, und mißt die Spannungsänderung zwischen den Elektroden, die durch den von außen in die externe Kammer eindringenden Rauch hervorgerufen wird. Der Abstand H zwischen der Innenelektrode und der Au­ ßenelektrode ist bei einem erfindungsgemäßen Ionisa­ tions- Rauchdetektor kleiner als 16 mm und das Ver­ hältnis H_in/H_out des Abstandes H_in, zwischen der Innen­ elektrode und der Zwischenelektrode und des Abstan­ des Hoc zwischen der Zwischenelektrode und der Au­ ßenelektrode hat einen Wert zwischen 0,3 und 0,6.

Soll eine gewisse Schwankungsbreite des Atmosphä­ rendruckes zulässig bzw. Atmosphärendruckänderun­ gen auf die Charakteristik des Sensors vernachlässigbar sein und wird infolgedessen mehr Wert auf maximal Nachweisempfindlichkeit des Sensors gelegt, so wird ein Verhältnis von H_in/H_out von etwa 0,3 gewählt. Soll auf der anderen Seite der Einfluß des Atmosphären­ druckes minimiert werden, d. h. der Einfluß einer Druck­ änderung von Meereshöhe auf 3500 m Höhe über Mee­ resspiegel soll gering auf den Sensor sein, so wird dies durch ein Verhältnis von H_in/H_out = 0,6 erreicht. Bei einem kleinen und kompakten Sensor wird dessen opti­ male Funktionsfähigkeit durch Berücksichtigung so­ wohl der Nachweisempfindlichkeit als auch des Einflus­ ses des Atmosphärendruckes erreicht. Insbesondere kann durch die Berücksichtigung der beiden Kenngrö­ ßen das Problem eines falschen Alarms bei einem klei­ nen und kompakten Sensor, hervorgerufen durch des­ sen Empfindlichkeit auf den Atmosphärendruck, gelöst werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles eines Ionisations-Rauchdetektors näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Ionisations-Rauchde­ tektors entsprechend der bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 2 eine Explosionszeichnung des Sensors gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Spannungsver­ sorgung der Elektroden mit dem dazugehörigen Meß­ kreis,

Fig. 4 die Nachweischarakteristik des Sensors als Funktion der Elektrodenspannung, und

Fig. 5 drei verschiedene Abhängigkeiten der Aus­ gangsspannung als Funktion des Verhältnisses der Elek­ trodenabstände bei verschiedenen Parametern.

In Fig. 1 sind der Sensorkörper 1 und die Sensorbasis 2 dargestellt. Dabei ist die Sensorbasis 2 z. B. an der Decke befestigt, während der Sensorkörper 1 auf der Sensorbasis 2 lösbar montiert ist.

Der Sensorkörper 1 umfaßt ein Gehäuse 3, das auf der Seite der Sensorbasis 2 montiert ist, und einen äuße­ ren Deckel 4, der am Gehäuse 3 montiert ist.

Der äußere Deckel 4 hat die Form eines Bechers, dessen obere Seite offen ist und dessen schräg nach oben gerichtete Seitenwand von einer Vielzahl von Rauchöffnungen 5 durchbrochen ist. Jede dieser Rauch­ öffnungen 5 hat eine beinahe rechteckige Form und wiederholt sich in regelmäßigen Intervallen.

Im Inneren des äußeren Deckels 4 ist eine zylindri­ sche Wand 6 an den äußeren Deckel 4 angeformt, der­ art, daß dieser Zylinder nach oben ebenfalls offen ist. Diese innere Wand 6 ist ebenso von einer Vielzahl von rechteckigen Rauchöffnungen mit gleichmäßigen Ab­ ständen durchbrochen.

Innerhalb der zylindrischen Wand 6 ist ein Insekten­ netz 8 derart angebracht, daß es die Innenseite des inne­ ren Bechers gebildet aus der inneren zylindrischen Wand 6 und dem Bodenteil des äußeren Deckels 4, be­ deckt. Die Höhe des Insektennetzes 8 ist fast dieselbe wie die Höhe der zylindrischen Wand 6, und es liegt an der peripheren Fläche der Wand 6 an.

Innerhalb des Insektennetzes 8 ist eine äußere Elek­ trode 9 plaziert, welche in ihrer äußeren Form der Be­ cherform des äußeren Deckels 4 entspricht, nur daß sie soweit verkleinert ist, daß die äußere Elektrode inner­ halb der zylindrischen Wand 6 sich befinden kann. Ihre Außenwand ist ebenso wie die Außenwand des äußeren Deckels 4 schräg aufwärts gerichtet und enthält eine Vielzahl von Rauchöffnungen 10, die ebenfalls in regel­ mäßigen Abständen um die geneigte Umfangsfläche herum angeordnet sind.

Auf der anderen Seite ist ein isolierender Block 11 in den Sensorkörper 1 eingelegt. Eine innere Elektrode 12, die mit einer Strahlungsquelle versehen ist, ist in der Mitte des isolierenden Blockes 11 montiert, und eine Zwischenelektrode 13, die mit einer Lochblende ausge­ stattet ist, ist vor der inneren Elektrode 12 angebracht. Dadurch wird, wie in der Fig. 1 gezeigt, eine innere Kammer A zwischen der Innenelektrode 12 und der Zwischenelektrode 13 gebildet, und eine äußere Kam­ mer B wird zwischen der Zwischenelektrode 13 und der Außenelektrode 9 außerhalb der inneren Kammer A gebildet.

Auf der Rückseite des Isolationsblockes 11 ist ein offener Raum 15 in dem unteren Deckel 3 ausgebildet, der zur Aufnahme einer gedruckten Schaltung 16 dient. Dieser Schaltungsaufnahmeraum 15 ist an seiner Innen­ seite mit einer Abschirmung 14 versehen. Die gedruckte Schaltung 16, die den Sensorschaltkreis enthält, ist auf der unmittelbaren Rückseite des Isolationsblockes 11 montiert. Des weiteren ist ein Feldeffekttransistor 17 in einer Aussparung 19 auf der Rückseite des Isolations­ blockes 11 angebracht. Der Feldeffekttransistor 17 und die Elektrodenzuführung 18 zu der Zwischenelektrode 13 sind in Kunstharz oder ähnlichem Material eingegos­ sen und dadurch elektrisch isoliert um eine elektrostati­ sche Zerstörung mit Sicherheit ausschließen zu können, die durch eine Berührung des Aufbaus mit der Hand oder ähnlichem passieren könnte. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Sperrschicht-Feldeffekttran­ sistor benutzt (JFET).

Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält das Gehäuse 3 eine innere Öffnung 3a an seinem unteren Ende und Kontak­ tierungszuleitungen 20, die an zwei Punkten in der inne­ ren Öffnungen 3a angebracht sind um die gedruckte Schaltung 16 elektrisch zu kontaktieren. An der Rück­ seite der Zuleitung 20 sind einstellbare Anschlußklem­ men 21 angebracht, um die Anordnung an die Sensorba­ sis 2 montieren zu können.

Die Abschirmung 14 wird in die innere Öffnung 3a des Gehäuses 3 eingesetzt und nachfolgend die gedruckte Schaltung 16, welche die Sensorschaltung enthält.

Als nächstes wird der isolierende Block 11 in die An­ ordnung eingefügt. Die innere Elektrode 12, die zusam­ mengesetzt ist aus der eigentlichen Elektrode 12a, der Strahlungsquelle 12b und dem Elektrodendeckel 12c, ist in der Mitte des isolierenden Blockes 11 montiert. Die ringförmige Zwischenelektrode 13 ist außerhalb der in­ neren Elektrode 12 befestigt. Noch weiter außerhalb wird die externe Elektrode 9 montiert die mit den Raucheinlaßöffnungen 10 an ihrer Seitenwand ausgerü­ stet ist.

Die Befestigung der Außenelektrode 9 erfolgt durch metallische Klammern 22, die in Schlitze 23 des isolier­ ten Blockes 11 eingeführt sind. Die vorderen Kanten der kontaktierenden Metallklammern 22 greifen durch die gedruckte Schaltung 16 hindurch und kontaktieren so­ mit Kontaktstellen 24 der Abschirmung 14. Die metalli­ schen Kontaktklammern 22 werden mit der Masselei­ tung der gedruckten Schaltung 16 an der Stelle des Durchbruches verlötet, und daher haben die metalli­ schen Kontaktklammern 22 sowohl die Funktion des Befestigens der äußeren Elektrode 9 an der Außenseite des Isolators 11, als auch die Funktion einer elektrischen Kontaktierung, um die Bestückungsseite der gedruck­ ten Schaltung 16 mittels der Abschirmung 24 abzuschir­ men. Nach der äußeren Elektrode 9 wird der äußere Deckel 4 zusammen mit einer Bodenplatte 25 und sei­ nen Einlaßöffnungen 5 montiert. Das Insektennetz 8 ist innerhalb des äußeren Deckels 4 angeordnet.

In Fig. 3 ist das Schaltungsdiagramm dargestellt, wel­ ches die Spannungsversorgungen jeder Elektrode und den Meß bzw. Ausgangsschaltkreis des Ionisations- Rauchdetektors zeigt.

Die Drain D, die die Veränderung der Elektroden­ spannung bei Anwesenheit von Rauch in der externen Kammerdelektiert, ist nun mit der inneren Elektrode 12 und der positiven Seite einer direkten Stromquelle 32 verbunden. Des weiteren sind das Gate G mit der Zwi­ schenelektrode 13 und die Source S mit der äußeren Elektrode 9 und der negativen Seite der Stromquelle 32 über einen Widerstand R33 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine charakteristische Darstellung des Nachweisverhaltens eines Ionisations-Rauchdetektors nach Fig. 1. Die Wirkungsweise des Ionisations-Rauch­ detektors mit einer Doppelkammer und einer Strah­ lungsquelle gemäß Fig. 1 wird im folgenden unter Be­ zug auf Fig. 4 erklärt: Das Innere der inneren Kammer A und der äußeren Kammer B ist, durch die Strahlung von der Strahlungsquelle 12b, die in der inneren Elek­ trode 12 befestigt ist, ionisiert. Für diesen Fall ist die Stromspannungscharakteristik zwischen der inneren Elektrode 12 und der Zwischenelektrode 13 in der inne­ ren Kammer durch die Kurve 26 dargestellt. Die Strom­ spannungscharakteristik zwischen der Zwischenelek­ trode 13 und der Außenelektrode 9 in der äußeren Kam­ mer B wird durch die Kurve 27 dargestellt. Tritt nun Rauch in die äußere Kammer B ein, so wird der Ionen­ strom verändert und infolgedessen ändert sich die Stromspannungscharakteristik in der äußeren Kammer B gemäß Kurve 28.

Der Schnittpunkt der Kurven 26 und 27 zeigt das elektrische Potential der Zwischenelektrode 13 für den Fall, wenn kein Rauch vorhanden ist, da der Strom zwi­ schen Innenelektrode und Zwischenelektrode gleich demjenigen zwischen Zwischenelektrode und Außen­ elektrode ist. Tritt nun Rauch in die äußere Kammer B ein, so ergibt sich die charakteristische Kurve 28 der Außenkammer B, die Spannung V₀ zwischen der Zwi­ schenelektrode 13 und der Außenelektrode 9 in der Au­ ßenkammer B vergrößert sich, während die Spannung V_i zwischen der Innenelektrode 12 und der Zwischen­ elektrode 13 in der inneren Kammer A sich verringert. Daher wird die Spannungsänderung der Zwischenelek­ trode 13 mit Rauch und ohne Rauch als ΔV durch den Feldeffekttransistor 17 detektiert und eine Ausgangss­ pannung V_out wird erzielt. Überschreitet die Span­ nungsänderung ΔV der Ausgangsspannung V_out eine Referenzschwelle, so wird ein Feueralarm ausgelöst.

In einem Ionisations-Rauchdetektor der erfindungs­ gemäßen Art mit den soeben erwähnten Eigenschaften ist der Abstand zwischen der Innenelektrode 12 und der Außenelektrode 9 kleiner als 16 mm, um den Sensor kleiner und kompakter als konventionelle Sensoren zu gestalten. In diesem Fall kann man den Einfluß von at­ mosphärischen Druckänderungen, Rauschen usw. nicht ignorieren, und es ist unmöglich, stabile Betriebsbedin­ gungen zu erreichen, falls Elektrodenabstände durch die konventionelle Methode des Verhältnisbildens der Elektrodenabstände bestimmt wird.

Diese Schwierigkeit wird in der vorliegenden Erfin­ dung beseitigt, indem das Verhältnis der Elektrodenab­ stände mit dem folgenden Verfahren bei Gesamtabstän­ den von kleiner 16 mm bestimmt wird.

Insbesondere wird in der bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung ein Abstand von 12 mm zwischen Innenelektrode 12 und Außenelektrode 13 bestimmt.

In Fig. 5 sind die charakteristischen Kurven darge­ stellt, die benutzt werden, um die Abstände zwischen der inneren, mittleren und äußeren Elektrode 12, 13, 9 zu bestimmen.

Es wird festgesetzt, daß der Abstand zwischen der inneren Elektrode 12 und der äußeren Elektrode 9 als H bezeichnet wird, der Abstand zwischen der Innenelek­ trode 12 und der Zwischenelektrode 13 als H_in, und der Abstand zwischen der Zwischenelektrode 13 und der Außenelektrode 9 als H_out bezeichnet werden.

In Fig. 5 sind zwei horizontale Achsen dargestellt. Die obere zeigt das Verhältnis zwischen H_in, und H_out, wobei in der unteren H_in aufgetragen ist. Für die untere Achse ist zu berücksichtigen, daß ein Gesamtabstand H von 12 mm gewählt wurde.

Die rechte vertikale Achse stellt die Ausgangsspan­ nung V_out des Feldeffekttransistors 17 und die prozen­ tuale Änderung der Ausgangsspannung V_out, hervorge­ rufen durch die Veränderung des atmosphärischen Luft­ drucks am Feldeffekttransistor 17, dar. Die linke Verti­ kalachse zeigt die Veränderung ΔV der Ausgangsspan­ nung V_out des Feldeffekttransistors 17 unter der Vor­ aussetzung, daß der Rauch eine Konzentration von 3%/m hat. (3% Lichtreduktion/m).

Die Kurve 29 zeigt den Zusammenhang zwischen der Änderung ΔV der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von dem Verhältnis von H_in/H_out unter der Vorausset­ zung, daß Rauch in einer Konzentration von 3%/m in der äußeren Kammer des Sensors vorhanden ist. Die Kurve 29 ist in ihrem ersten Drittel steigend und hat ihr Maximum bei einem Verhältnis von H_in/H_out von unge­ fähr 0,4. Danach nimmt die Kurve 29 wieder ab.

Die zweite Kurve 30 zeigt die prozentuale Änderung der Ausgangsspannung des Feldeffekttransistors 17 als Funktion des Verhältnisses der Elektrodenabstände. Dabei wird eine Änderung des Atmosphärendruckes von Meereshöhe zu 3500 m über Meereshöhe als Para­ meter angenommen. Aus der Kurve 30 ist zu entneh­ men, daß je kleiner das Verhältnis der Elektrodenab­ stände ist, um so größer ist die prozentuale Änderung des Verhältnisses der Ausgangsspannungen, die durch die Druckänderung hervorgerufen wird. Wenn das Ver­ hältnis der Elektrodenabstände einen Wert von 0,75 er­ reicht, ist die prozentuale Abweichung der Ausgangss­ pannungen bei einem Atmosphärendruck von Meeres­ höhe zu derjenigen eines Atmosphärendruckes von 3500 m über Meeresspiegel 0%.

Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung des Feldef­ fekttransistors ohne Anwesenheit von Rauch von dem Verhältnis der Elektrodenabstände H_in/H_out ist in der Kurve 31 dargestellt. Je kleiner das Verhältnis H_in/H_out der Elektrodenabstände ist, so größer ist die Ausgangss­ pannung V_out des Feldeffekttransistors 17. Mit anderen Worten verändert sich das Verhältnis H_in/H_out von 0,3 zu 0,75, so nimmt die Ausgangsspannung V_out des Feld­ effekttransistors 17 von ungefähr 5,3 V auf 7 V zu.

Befindet sich nun der Feldeffekttransistor 17 kom­ plett in der Sättigung, so ergibt sich eine Source-Span­ nung V_S von ungefähr 8 V bei einer Versorgungsspan­ nung V_C von 10 V. Je kleiner nun die Ruheausgangs­ spannung V_out des Feldeffekttransistors 17 bei der Ab­ wesenheit von Rauch ist, um so größer kann die Ände­ rung der Ausgangsspannung Vout bei Anwesenheit von Rauch sein, bevor der Feldeffekttransistor 17 in die Sät­ tigung übergeht, oder mit anderen Worten ausgedrückt, der Ansprechbereich des Sensors für verschiedene Rauchkonzentrationen ist groß. Bei einem kleinen Ver­ hältnis der Elektrodenabstände folgt aus Kurve 31, daß die Ausgangsspannung V_out des Feldeffekttransistors 17 niedrig ist und daher ist die mögliche Spannungsände­ rung bis zur Sättigungsspannung von 8 V groß, so daß der Sensor für einen großen Bereich mögliche Rauch­ konzentrationen sensibel ist.

Wie wird nun die Änderung der Ausgangsspannung V_out des Feldeffekttransistors 17 bei einer Änderung des Atmosphärendrukkes unter Berücksichtigung der Kur­ ve 31 ermittelt? Angenommen das Verhältnis der Elek­ trodenabstände sei 0,6, dann folgt aus der Kurve 30, daß die prozentuale Veränderung der Ausgangsspannung 4% beträgt, wenn der atmosphärische Luftdruck von Meereshöhe auf 3500 m über Meereshöhe abfällt. Aus der Kurve 31 ergibt sich eine Ausgangsspannung Vout des Feldeffekttransistors 17 von 6,2 V und die Änderung der Ausgangsspannung beträgt demgemäß 6,2 V × 4% = 0,25 V. Mit anderen Worten, beträgt die Ausgangss­ pannung V_out 6,2 V bei Betrieb des Sensors in Meeres­ höhe, so verringert sich die Ausgangsspannung auf 5,95 V bei Betrieb des Sensors in 3500 m Höhe.

Um bei der vorliegenden Erfindung einen stabilen Betrieb zu erreichen, werden die Werte der Änderung der Ausgangsspannung ΔV, die prozentualen Änderun­ gen der Ausgangsspannung als Funktion des Atmosphä­ rendruckes und der Ruhewert der Ausgangsspannung V_out des Feldeffekttransistors 17 gemäß den Kurven 29, 30 und 31 so gewählt, daß das Verhältnis H_in/H_out der Elektrodenabstände in den Bereich von 0,3 bis 0,6 fällt. Dieser Bereich ist durch die vertikalen unterbrochenen Linien in der Fig. 5 dargestellt.

In der bevorzugten Ausführungform der Erfindung beträgt der Gesamtelektrodenabstand H zwischen In­ nen- und Außenelektrode 12 mm. Wird ein Verhältnis der Elektrodenabständen von 0,4 gewählt, so beträgt der Abstand H_in in der inneren Kammer A 3,4 mm und der Elektrodenabstand H_out in der äußeren Kammer 8,6 mm.

Im folgenden werden die Grenzwerte 0,3 und 0,6 des Elektrodenabstandsquotienten diskutiert. Um einen Verhältniswert von H_in/H_out zu selektieren, müssen die folgenden drei Bedingungen in Betracht gezogen wer­ den. Sie lauten:

• 1. Maximieren der Nachweisempfindlichkeit
• 2. Minimieren der Abhängigkeit der Ausgangss­ pannung V_out von dem Atmosphärendruck
• 3. Maximieren des zulässigen Bereichs der Aus­ gangsspannung des Feldeffekttransistors 17.

Diese Bedingungen werden anhand ausgewählter Werte des Elektrodenabstands-Quotienten H_in/H_out be­ trachtet. Um die Nachweisempfindlichkeit zu maximie­ ren, d. h. die Maximierung der Ausgangsspannungände­ rung ΔV des Feldeffektransistors 17 bei der Anwesen­ heit von Rauch, wird das Verhältnis von H_in/H_out der Elektrodenabstände auf einen Wert aus dem Intervall von 0,3 bis 0,6 gesetzt in Abhängigkeit von der charakte­ ristischen Kurve 29 aus Fig. 5, welches im vorliegenden dem Wert 0,4 entsprechen würde, falls ΔV maximal sein soll.

Um der zweiten Bedingung, daß die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von dem Luftdruck minimal sein soll, zu genügen ergibt sich aus der Kurve 30 der Fig. 5 der minimale Wert 4%, was einen Elektrodenabstands- Quotienten von 0,6 bewirkt. Für diesen Wert ergibt sich aus der Kurve 29 eine Nachweisempfindlichkeit von ΔV = 0,58 V, welche fast dieselbe ist wie diejenige eines Elektrodenabstands-Quotienten von 0,3 und folglich gibt es keine Schwierigkeiten mit der Nachweisemp­ findlichkeit. Des weiteren hat die Ausgangsspannung, wie es sich aus der Kurve 31 ergibt, einen Wert von 6,2 V, so daß noch ein Bereich von 1,8 V bis zum Errei­ chen der Sättigungsspannung von 8 V zur Verfügung steht. Somit kann der erfindungsgemäße Ionisations- Rauchdetektor die Rauchkonzentration ohne irgend­ welche praktischen Probleme in diesem Bereich detek­ tieren.

Geht man von der dritten Bedingung aus, nämlich den über der Ruhespannung zur Verfügung stehenden Aus­ gangsspannungsbereich zu maximieren, so ergibt sich gemäß der Kurve 31 eine minimale Ausgangsspannung von ungefähr 5,3 V. Dies bedeutet einen Wert von 0,3 für den Elektrodenabstands-Quotienten. Somit ergibt sich aus der Nachweisempfindlichkeitskurve 29 ein Wert für die Ausgangsspannungsdifferenz ΔV des Feld­ effekttransistors 17 von 0,6 V. Obwohl dieser Wert nied­ riger als der Maximalwert von 0,7 V ist, genügt er der Anforderung eines sicheren Nachweises von Rauch. Demgegenüber zeigt die Kurve 30, daß in diesem Fall die Änderung der Ausgangsspannung als Funktion des Atmosphärendruckes bei 18% liegt, falls der Luftdruck von Normaldruck auf einen Druck entsprechend 3500 m über Meereshöhe abgesenkt wird. Dieser Wert von 18% wird als Maximalwert zugelassen. Daher sollte, wenn ein Elektrodenabstands-Quotient von 0,3 einge­ stellt ist, der Sensor nicht unbedingt dort eingesetzt werden, wo er größeren Luftdruckschwankungen aus­ gesetzt ist.

Kleinere Werte des Elektrodenabstands-Quotienten als 0,3 können nicht benutzt werden, da die Nachweis­ empfindlichkeitskurve für kleinere Werte stark abfällt, wie es in der Kurve 29 angedeutet ist. Außerdem ver­ größert sich die prozentuale Abhängigkeit der Aus­ gangsspannung von dem äußeren Luftdruck gemäß Kurve 30 für Elektrodenabstands-Quotienten kleiner als 0,3, d. h. der Einfluß des Luftdruckes auf die Aus­ gangsspannung des Feldeffekttransistors 17 ist zu groß. Ist der Elektrodenabstands-Quotient auf der anderen Seite größer als 0,6, so verringert sich zwar die Abhän­ gigkeit der Ausgangsspannung V_out von dem äußeren Luftdruck gemäß Kurve 30, aber die Nachweisempfind­ lichkeit nimmt nach Kurve 29 exponentiell ab und der Feldeffekttransistor nähert sich nach Kurve 31 der Sät­ tigungsspannung von 8 V. Somit sind Werte größer als 0,6 für H_in/H_out praktisch ausgeschlossen.

Wie im vorangegangenen beschrieben, hängt die Wahl des Quotienten H_in/H_out der Elektrodenabstände bei einem Ionisations-Rauchdetektor der erfindungsge­ mäßen Art davon ab, welche der drei Bedingungen be­ vorzugt wird. Gemäß einer der Bedingungen 1, 2 oder 3 wird ein optimaler Wert aus dem Intervall von 0,3 bis 0,6 des Elektroden-Abstands-Quotienten gewählt und die Größen von H_in und H_out der Elektrodenabstände be­ stimmt, so daß sich ein optimaler Sensor entsprechend den Anforderungen ergibt, dessen Güte nicht vermin­ dert ist.

Der Abstand H zwischen der Innenelektrode 12 und der Außenelektrode 9 hat einen festen Wert, der durch die Größe des Sensors festgelegt ist. Die Zwischenelek­ trode 13 kann so ausgelegt sein, daß ihre Höheneinstel­ lung, d. h. der Abstand zwischen Innenelektrode bzw. Außenelektrode variabel einstellbar ist, so daß sie in eine entsprechend einstellbare Position innerhalb des zulässigen Elektrodenabstands-Quotienten im Bereich von 0,3 bis 0,6 bewegt werden kann. Durch diese Verän­ derung der Position der Zwischenelektrode kann der Ionisations-Rauchdetektor den Umständen entspre­ chend, d. h. entsprechend den Bedingungen 1 bis 3 ange­ paßt werden.

Analog kann auch vorgesehen werden, eine der ande­ ren beiden Elektroden 9 oder 12 beweglich zu gestalten, so daß auch über eine Justierung einer dieser Elektro­ den eine Änderung des Elektrodenabstandsquotienten erreicht werden kann.

Claims (1)

1. • - Ionisations-Rauchdetektor, bestehend aus einer Innen­ elektrode (12) mit einer Strahlungsquelle, einer Zwischen­ elektrode (13) mit einem lochförmigen Strahlungsdurchlaß und einer Außenelektrode (9), die mit Öffnungen (10) zum Durchlassen von Rauch versehen ist, so daß die Innen­ elektrode (12) und die Zwischenelektrode (13) eine innere Kammer (A), und die Zwischenelektrode (13) und die Außenelektrode (9) eine äußere Kammer (B) bilden, wobei eine Veränderung der Spannung zwischen den Elektroden der äußeren Kammer (B), hervorgerufen durch in die äußere Kammer (B) einströmenden Rauch, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (H) zwischen der Innenelektrode (12) und der Außenelektrode (9) kleiner oder gleich 16 mm beträgt, und daß der Quotient H_in/H_out der Elektrodenabstände, wobei H_in der Abstand Innenelektrode (12) und Zwischen­ elektrode (13) und H_out der Abstand Zwischenelektrode (13) und Außenelektrode (9) ist, eine Zahl aus dem Intervall von 0,3 bis 0,6 ist.