DE4428694A1

DE4428694A1 - Luftdruckkompensierte Branderkennungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE4428694A1
Application number: DE4428694A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Werner Wagner
Original assignee: Wagner Alarm- und Sicherungssysteme GmbH
Current assignee: Wagner Group GmbH
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2014-08-13
Also published as: EP0696787B1; EP0696787A1; ATE181438T1; DE59506207D1; DE4428694C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Bränden und Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elek tronischen Geräten, bei dem ein repräsentativer Volumenanteil der Raumluft bzw. des Kühlluftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zugeführt wird, und bei dem der Massen strom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Branderkennungsvor richtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, mit ei nem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein reprä sentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräteluft zugeführt wird, und mit einem Luftstromsensor, mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird.

Brand- oder Gaserkennungsvorrichtungen sind beispielsweise auch unter dem Fachbegriff "Einrichtungsschutzanlagen" bekannt. Ty pische Anwendungsbereiche für Brand- oder Gaserkennungsvorrich tungen sind EDV-Anlagen und insbesondere einzelne Komponenten davon, sowie ähnliche elektronische Einrichtungen, wie bei spielsweise Meß-, Steuer- und Regelanlagen, Vermittlungsein richtungen und Nebenstellenanlagen und dergleichen. Unter dem Begriff "Brandkenngröße" werden physikalische Größen verstan den, die in der Umgebung eines Entstehungsbrandes meßbaren Veränderungen unterliegen, z. B. die Umgebungstemperatur, der Feststoff- oder Flüssigkeits- oder Gasanteil in der Umgebungs luft (Bildung von Rauch in Form von Partikeln oder Aerosolen, oder Dampf) oder die Umgebungsstrahlung.

Eine Brand- oder Gaserkennungsvorrichtung, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, zweigt über ein Rohrleitungs- oder Kanalsystem eine repräsentative Teilmenge der Gerätekühl luft ab oder saugt an bestimmten Stellen Raum- oder Geräteluft aktiv an, und führt dann diese repräsentative Teilmenge der Meßkammer mit dem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zu. Zum Ansaugen der Raum- oder Geräteluft sind die Ansaugrohre bzw. -kanäle mit Ansaugöffnungen versehen. Eine wichtige Voraussetzung für die Erkennung eines Entstehungsbrandes im frühesten Stadium besteht darin, daß die Branderkennungsvor richtung ununterbrochen eine ausreichende repräsentative Luft menge ansaugen und dem Detektor in der Meßkammer zuführen kann. Es ist also wichtig, daß bei gleichbleibender Saugleistung ei nes Lüfters und bei einem gleichbleibendem Ansaugsystem die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom der angesaugten Raum- oder Geräteluft gleich bleibt.

Zur Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Volumen stroms ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, einen Luftstromsensor zur Messung des Massenstroms der zuge führten Luftteilmenge zu überwachen. Hierzu werden üblicher weise thermische Luftstromsensoren verwendet, bei denen die Ab kühlung eines beheizten Sensorelements das Maß für den Luft strom ist. Diese Abkühlung hängt davon ab, wieviele Luftmole küle pro Zeiteinheit an dem beheizten Sensorelement vorbei strömen. Damit ist das Ausgangssignal des thermischen Luft stromsensors ein Maß für den Massenstrom .

Mittels des Luftstromsensors wird der Massenstrom innerhalb ei ner Bandbreite zwischen einem oberen Schwellwert und einem un teren Schwellwert überwacht. Hierbei haben allerdings Erfahrun gen gezeigt, daß das Ausgangssignal des Luftstromsensors bei Luftdruckschwankungen oder Temperaturschwankungen ebenfalls Schwankungen ausgesetzt war, so daß das Ausgangssignal des Luftstromsensors die vorgegebenen Schwellwerte ohne Vorliegen eines wirklichen Störfalles über- bzw. unterschritten hat und zur Vermeidung dieses Effekts die Bandbreite zwischen dem obe ren und dem unteren Schwellwert vergrößert werden mußte. Das bringt allerdings den Nachteil mit sich, daß die Empfindlich keit der Branderkennungsvorrichtung bei der Erkennung von Ände rungen der Menge der angesaugten Raum- oder Geräteluft nicht sensibel genug reagieren konnten.

An diesem Problem setzt die vorliegende Erfindung an, als deren Aufgabe es angesehen wurde, die Empfindlichkeit des Luftstrom sensors, und damit die Verläßlichkeit der gesamten Branderken nungsvorrichtung, sowie den mit ihr abdeckbaren Überwachungsbe reich weiter zu steigern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den eingangs genann ten bekannten Verfahrensschritten erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks, kompensiert werden.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst, die zusätzlich zu den eingangs genannten bekannten Merkmalen einen Drucksensor auf weist, dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft ein wirkenden Druck repräsentiert, und eine erste Kompensationsein richtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsen sors in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors.

Für die Luftstromüberwachung ist nämlich der Volumenstrom der abgegriffenen repräsentativen Luftteilmenge bzw. deren Strö mungsgeschwindigkeit von Interesse. Massenstrom und Volu menstrom V sind abhängig von der Dichte ρ=/ der Luft- Teilmenge, woraus folgt:

= ρ · (I.)

Über die thermische Zustandsgleichung

p · = m · R_L · T_L (II.)

folgt

worin p den Luftdruck, T_L die Temperatur sowie R_L die Gaskon stante für die Luft repräsentieren.

Durch Einsetzen der Gleichung (III.) in die Gleichung (I.) er gibt sich eine Abhängigkeit des von dem Luftstromsensor gemes senen Massenstroms von der Temperatur T_L und von dem Druck p, der auf die Luft wirkt.

Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Lösungen liegen insbeson dere darin, daß wetterbedingte Luftdruckänderungen, welche die Dichte der repräsentativen Luft-Teilmenge verändern, kompen siert werden können. Besonders deutlich wird der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen bei Branderkennungsvorrichtungen im mobilen Einsatz, beispielsweise in einer gebirgegängigen Loko motive oder dergleichen. Dort betragen die Druckunterschiede bei großen Höhenunterschieden bis zu 300 hPa. Darüber hinaus läßt sich durch die sensiblere Überwachung eines möglichen In farktes der Ausgangsöffnungen der Überwachungsbereich eines Gerätes vergrößern, wodurch ein größerer wirtschaftlicher Nutzen erzielt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben, und zur Brander kennungsvorrichtung in dem Unteranspruch 5.

Die Kompensation erfolgt vorzugsweise dadurch, daß das Aus gangssignal (Ist-Wert) eines Luftstromsensors zur Messung des Massenstroms der zugeführten Luft durch das Ausgangssingal ei nes Drucksensors korrigiert wird.

Da auch die Temperatur der abgegriffenen und zugeführten Luft Auswirkungen auf das Ausgangssignal des Luftstromsensors hat, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß auch diese Tempera turschwankungen kompensiert werden.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Branderkennungsvorrich tung ist demgemäß ein Temperatursensor vorgesehen, dessen Aus gangssignal die Temperatur der zugeführten Luft repräsentiert, und eine zweite Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors in Abhängigkeit des Aus gangssignals des Temperatursensors.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er findung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm des Ausgangssignals eines Luft stromsensors über der Zeit; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines druck- und tempera turkompensierten Luftstromsensors.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm des Ausgangssignals 9 eines aus dem Stand der Technik bekannten Luftstromsensors über der Zeit t. Zur Überwachung von Störungen ist ein oberer Schwellwert 1 und ein unterer Schwellwert 3 vorgegeben. In einem Bereich 5 unter schreitet das Luftstromsensorsignal 9 den unteren Schwellwert 3, wodurch angezeigt wird, daß der Luftstrom zu gering ist. Das läßt auf eine Verstopfung der Ansaugöffnungen des Ansaugsystems oder auf eine Fehlfunktion des den Unterdruck erzeugenden Lüf ters schließen. Im Bereich 7 überschreitet das Luftstromsensor signal 9 den oberen Schwellwert 1, das heißt der Luftstrom ist zu groß, was auf einen Bruch im Ansaugsystem schließen läßt. Solange sich das Luftstromsensorsignal 9 innerhalb der durch den oberen Schwellwert 1 und den unteren Schwellwert 3 gebilde ten Bandbreite bewegt, herrscht Normalbetrieb. Für eine Steige rung der Ansprechgenauigkeit des Luftstromsensors und damit der Verläßlichkeit der gesamten Branderkennungsvorrichtung ist es wünschenswert, diese Bandbreite so eng wie möglich zu halten. Das bedingt allerdings, daß durch andere Ursachen als Rohrbruch oder Verstopfung bedingte Schwankungen des Luftstromsensorsi gnals 9 vermieden werden. Es wurde eingangs dargelegt, daß der durch den Luftstromsensor gemessene Massenstrom von der Luft temperatur T_L und dem Luftdruck p abhängen. Zwar gibt es neben thermischen Luftstromsensoren auch andere, die beispielsweise nach einem optischen oder akustischen Prinzip arbeiten, jedoch bleibt dadurch der Einfluß der Luftdichte auf die Ansauglei stung des Lüfters bestehen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines druckkompensierten Luftstromsensors in einer Branderkennungsvorrichtung. Ein Lüf ter 11 saugt kontinuierlich einen repräsentativen Volumenanteil einer Raumluft bzw. eines Kühlluftstroms eines Gerätes an und führt diesen einer (nicht dargestellten) Meßkammer mit einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zu. Der Luftstrom wird durch einen thermischen Luftstromsensor 2 gemäß den Er läuterungen zu Fig. 1 überwacht. Um das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors 2 unabhängig von dem auf die Luft einwirkenden Druck und unabhängig von der Lufttemperatur möglichst konstant zu halten, ist ein Drucksensor 4 vorgesehen, der ein zum abso luten Luftdruck proportionales Signal liefert, das einer ersten Kompensationseinrichtung 6 zugeführt wird. Diese erste Kompen sationseinrichtung 6 erhält auch das Ausgangssignal 9 des Luft stromsensors. In der ersten Kompensationseinrichtung 6 wird das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors 2 korrigiert. Damit wird der Einfluß der Luftdichte-Änderungen durch den Luftdruck so wohl auf die Ansaugleistung des Lüfters als auch auf den Mas senstrom , der den Luftstromsensor 2 durchströmt, kompensiert.

Zusätzlich wird in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Temperatursensor 10 zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Luftdichte eingesetzt. Das Ausgangssignal des Tempera tursensors 10 wird einer zweiten Kompensationseinrichtung 8 zu geführt, die als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal der ersten Kompensationseinrichtung 6 erhält. Damit kann der Tempe ratureinfluß auf die Ansaugleistung des Lüfters 11 und auf die Luftstrom- und Drucksensoren korrigiert werden. Das doppelt kompensierte Ausgangssignal der zweiten Kompensationseinrich tung 8 wird zunächst einem Verstärker 12 und danach einer Ab gleicheinrichtung 13 und schließlich einem Komparator 14 zuge führt. Der Komparator 14 erhält an zwei weiteren Eingängen den oberen Schwellwert 1 und den unteren Schwellwert 3 als Ver gleichswerte. Ist das Ausgangssignal der Abgleicheinrichtung 13 größer als der obere Schwellwert 1, liegt vermutlich ein Bruch des Ansaugsystems vor; ist das Ausgangssignal der Abgleichein richtung 13 kleiner als der untere Schwellwert 3, liegt vermut lich eine Verstopfung des Ansaugsystems oder ein Lüfterausfall vor.

Der Bereich 21 des Blockschaltbilds gemäß Fig. 2 stellt eine mögliche Weiterverarbeitung des doppelt kompensierten Luft stromsensorsignals 9 dar. Mit der Bezugsziffer 15 ist das Si gnal für einen Bruch im Ansaugsystem bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 16 das Signal für eine mögliche Verstopfung oder einen Lüfterausfall. Diese Signale werden über ein ODER-Glied 17 und über ein Zeitverzögerungsglied 18 einer Störungsanzeige 19 und einem Schaltrelais 20 für weitere Maßnahmen zugeführt. Eine Luftstromstörung wird durch Blinken der Störungs-Leuchtdi ode der Störungsanzeige 19 angezeigt. Nach Ablauf einer über das Zeitverzögerungsglied 18 einstellbaren Verzögerungszeit geht die Anzeige in ein Dauerlicht über, und die Meldung wird über das Störungsrelais 20 an eine Brandmeldezentrale weiter geleitet.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen von Bränden und Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elektronischen Geräten, bei dem ein repräsentativer Volumenanteil der Raumluft bzw. des Kühl luftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenn größe zugeführt wird, und bei dem der Massenstrom der zuge führten Luft auf Änderungen überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luft drucks, kompensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Ist-Wert) eines Luftstromsensors (2) zur Messung des Massenstroms der zugeführten Luft durch das Ausgangssignal eines Drucksensor (4) korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Temperaturschwankungen kompensiert werden.

4. Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein repräsentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräte luft zugeführt wird, und mit einem Luftstromsensor (2), mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (4), dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft einwirkenden Druck repräsentiert, und eine erste Kompensationseinrichtung (6) zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors (2) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors (4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (10), dessen Ausgangssignal die Tem peratur der zugeführten Luft repräsentiert, und eine zweite Kompensationseinrichtung (8) zum Kompensieren des Ausgangs signals des Luftstromsensors (2) in Abhängigkeit des Aus gangssignals des Temperatursensors (10).