DK142515B - Ionisationsbrandmelder - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1^2515 (S?) DANMARK lnt C|3 3 08 8 17/10 §(21) Ansegning nr. 1 168/78 (22) Indleveret den 15· ΏΒΤ * 1978 (24) Lebedag 15· BIST. 1978 (44) Anseg ni ngen fremlagt og n«n

fremlaeggelsesskriftet offentliggjort den 1 0 · ΩΟΥ · 1 yO'J

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

16. mar. 1977, 2711^57, DE

(71) SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, Berlin und Muenchen, 8 Muenchen 2, Wit= Telsbacherplatz 2, DE.

(72) Opfinder: Peer Thi lo, Buchhierlstrasse 19, D-8000 Muenchen 71, DE.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Internationalt Patent-Bureau.

(54) Ionisationsbrandmelder.

Opfindelsen angår en ionisationsbrandmelder med et en strålingskilde indeholdende åbent målekammer, der i serie med en sammen-ligningsmodstand er koblet til en forsyningsspænding, og hvor der ved en i målekammeret anbragt måleelektrode, som danner forbindelsespunktet mellem målekammeret og sammenligningsmodstanden, kan udtages spændingsændringer.

Ionisationsbrandmeldere har været kendt længe. Hos sådanne brandmeldere ioniserer et radioaktivt præparat luften mellem to elektroder, altså i almindelighed luften mellem målekammerets metalliske hus og den heri anbragte måleelektrode, således at der går en strøm, når elektroderne påtrykkes en spænding. Når der trænger røg ind i målekammeret,reduceres kammerstrømmen ved, at tunge røgpartikler 142515 2 aflejres på luftronerne, og denne reduktion af kammerstrømmen udnyttes som målestørrelse. Til dette formål ledes kammerstrømmen som regel igennem et andet kammer (sammenligningskammer). Spændingsændringen ved forbindelsespunktet imellem disse to kamre, dvs. ved måleelektroden, kan da måles og vises.

Med henblik på at holde den fra ionisationsbrandmeldere hidrørende strålingsbelastning af omgivelserne på et så lavt niveau som muligt er det kendt at lede kammerstrømmen igennem en målemodstand i stedet for igennem et sammenligningskammer. Herved kan den radioaktive strålingskilde for sammenligningskammeret endvidere spares. Desuden anvendes der til målekammeret så svagt radioaktive præparater som muligt. Som følge heraf er kammerstrømmen overordentlig svag, hvilket stiller store krav til konstruktionens elektriske isolation og til den elektriske isolation af måleindretningen. Måleelektroden skal være anbragt isoleret fra de to modelektroder, og igennem den isolerende bærer for måleelektroden går der en, ganske vist yderst svag,isolationsstrøm, som kan forfalske brandmelderens måleresultat Der er altså en grænse for reduktionen af radioaktiviteten, hvor kammerstrømmen formindskes til samme størrelsesorden som isolationsstrømmen. Da en yderligere forbedring, dvs. forøgelse af isolationsmodstandene, ikke synes inden for rækkevidde med de materialer, der for tiden kan disponeres over, er en yderligere reducering af radioaktiviteten ved de kendte konstruktioner af ionisationsbrandmeldere ikke mulig uden at påvirke deres funktion i negativ retning. Af hensyn til beskyttelse af miljøet er en sådan reduktion dog som hidtil påkrævet.

Det tilsigtes med opfindelsen at tilvejebringe en ionisationsbrandmelder af indledningsvis nævnte art, som klarer sig med en betydeligt mindre radioaktivitet end sædvanlige brandmeldere uden at dens funktion som følge heraf påvirkes i negativ retning. Opgaven løses ifølge opfindelsen·ved, at sammenligningsmodstandens modstandsværdi er mindre end halvdelen af målekammerets modstandsværdi i hviletilstanden, og at de isolerende bærere for henholdsvis måleelektroden og målekammerets yderelektrode uafhængigt af hinanden er koblet elektrisk til sammenligningsmodstandens yderelektrode .

Medens sammenligningskammeret eller den i stedet herfor anvendte sammenligningsmodstand ved kendte ionisationsbrandmeldere nogenlunde har den samme modstandsværdi som målekammeret, vælges den- 142515 3 ne sammenligningsmodstand til at være væsentlig mindre end målekammerets modstand ved en brandmelder ifølge opfindelsen. Herigennem mindskes kravet til isolationsmodstanden i sammenligningsgrenen, da denne isolationsmodstands absolutte størrelse ikke har betydning, men kun forholdet imellem denne og målemodstandens modstandsværdier. Når der vælges en forholdsvis lille sammenligningsmodstand ligger der kun en forholdsvis lille del af den samlede spænding over sammen-ligningsmodstanden, og dermed også over den parallelt hermed liggende isolationsmodstand. Det betyder, at der også kun kan gå en meget lille isolationsstrøm parallelt med sammenligningsmodstanden.

Herved skal konstruktionen ganske vist vælges på en sådan måde, at der ikke kan gå nogen isolationsstrøm parallelt med målekammeret, hvorover den største del af spændingen ligger. De isolerende bærere, dels for målekammeret og dels for måleelektroden, skal altså være fastgjort til en yderelektrode på en sådan måde, at der mellem måleelektroden og målekammerets hylsterelektrode ikke findes nogen bro af isolationsmateriale. Målekammerets isolationsstrømme kan herved kun forløbe mellem forsyningsspændingens klemmer og ikke til måleelektroden.

Med den ved opfindelsen opnåede formindskelse af isolations-strømmen kan målestrømmen formindskes med samme forhold,uden at brandmelderens funktion forringes herved. Herved kan målekammeret tillige udstyres med en tilsvarende svagere radioaktivitet. Ved en formindskelse af målestrømmen til en tiendedel af den hidtidige værdi, kan radioaktiviteten teoretisk sænkes til en hundrededel, da denne aftager kvadratisk med strømmen. Selvan denne værdi på grund af forskellige andre påvirkninger ikke kan gennemføres fuldt ud, er der dog mulighed for en betydelig formindskelse af radioaktiviteten,uden at det er nødvendigt at stille større krav til isolationsmodstanden. Således er en særlig fordelagtig udførelsesform for en brandmelder i-følge opfindelsen ejendommelig ved, at sammenligningsmodstanden er ca. én til to tierpotenser mindre end målekammerets modstand. Sidst-nævnte har altså f.eks. en værdi på 10 ohm, medens sammenlignings-modstanden har en modstandsværdi af størrelsesordenen 10^-10^ ohm.

I dette tilfælde kan radioaktiviteten altså uden videre formindskes til 0,1-0,01 Mikrocurie.

En videreudvikling af en brandmelder er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at måleelektrodens bærer selv tjener som sammenligning smodstand .

4 142515

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser skematisk opbygningen af en ionisationsbrandmelder af kendt art, og fig. 2 skematisk opbygningen af en ionisationsbrandmelder i-følge opfindelsen.

I fig. 1 er vist skematisk en ionisationsbrandmelders måleføler. Den består i det væsentlige af et målekammer 1 (ioniseringskammer) og en sammenligningsmodstand Ry, som begge er forbundet i serie til en forsyningsspænding UQ. Målekammeret 1 har som hus en gitterelektrode 2, der uhindret lader den omgivende luft trænge ind i kammeret 1, og indeholder tillige en måleelektrode 3. I målekammeret 1 er der anbragt svagt radioaktive præparater 4, som ioniserer luften mellem gitterelektroden og måleelektroden, således at der ved påtrykning af spændingen UQ kan gå en kammerstrøm mellem måleelektroden 3 og gitterelektroden 2. Målekammeret 1 virker, altså som en højohmsk modstand R^, hvilket er symboliseret i fig. 1 ved hjælp af stiplede linier. Målekammeret 1 (R^ og sammenligningsmodstanden Ry. udgør altså en spændingsdeler, hvis udtag udgøres af måleelektroden 3. Når der trænger røg ind i målekammeret afsætter de tunge røgpartikler sig på luftionerne og nedsætter herved kammerstrømmen. Herigennem ændrer spændingen sig over måleelektroden 3, hvilket udnyttes som målestørrelse. Denne udnyttelse sker ved hjælp af et kendt kredsløb, der derfor ikke vil blive vist nærmere.

Modstanden R^ i målekammeret 1 er meget høj, da der her kun skal anvendes meget svagt radioaktive præparater. Dermed er også kammerstrømmen IM, der tillige går igennem sammenligningsmodstan- M -11 den Ry, meget lille nemlig i størrelsesordenen 10 amp.

I forbindelse med strømme af denne størrelsesorden er det imidlertid også nødvendigt at tage hensyn til de isolationsstrømme, som går i-gennem de isolerende bærere 5 og 6 for henholdsvis gitterelektroden 2 og måleelektroden 3. Bæreren 6's modstand er betegnet med R^, medens bæreren 5's modstand er betegnet med R.^· I-gennem disse strækninger går de tilsvarende isolationsstrømme 1^ og 1^2’ Herve<3 skal der ikke tages hensyn til isolations strømmen Ii2, da den kun forløber mellem sammenligningsmodstanden Ry's indgangselektrode 7 og gitterelektroden 2 og ikke påvirker spændingen på måleelektroden. Isolationsstrømmen 1^ derimod ændrer spæn- 5 1425 1 ε dingen på måleelektroden 3; den må derfor højst andrage 20% af målestrømmen Irø, såfremt brandmelderens funktion ikke skal påvirkes i negativ retning.

Antages det nu, at sammenligningsmodstanden Ry, som også kan have form af et sammenligningsionisationskammer, i ionisationsbrandmeldere af kendt type har nogenlunde den samme modstandsværdi som målekammeret l's modstand , ligger der over sammenligningsmodstanden Ry en spænding Uy og en spænding UM over målekammeret, for hvilke spændinger det gælder, at

Uv=UM= lydisolations strømmen 1^ er da 1., = ^M_ U o 11 R.. 2 R., xl xl

Da man som nævnt ikke længere kan øge isolationsmodstanden R^ vilkårligt, må målekammerets modstand Rj^ heller ikke forhøjes videre for ikke at forringe forholdet mellem kammerstrømmen 1^ og isolationsstrømmen 1^. En formindskelse af sammenligningsraodstan-den Ry ved en konstruktion af den i fig. 1 viste art ville blot forværre forholdet, idet spændingen UM da ville blive større end Uo —i · 2

Fig. 2 viser skematisk udformningen af en ionisationsbrandmelder ifølge opfindelsen. Målekammeret 11 er omgivet af gitterelektroden 12, der fastholdes af en isolerende bærer 15. Måleelektroden 13 holdes af en anden isolerende bærer 16, der i modsætning til det i fig. 1 viste, hverken er forbundet med gitterelektroden 12 eller dennes bærer 15, men hænger direkte på indgangselektroden 17. På grund af denne konstruktion går den uønskede isolationsstrøm ikke længere som i fig. 1 mellem måleelektroden 3 og gitterelektroden 2, men mellam indgangselektroden 17 og måleelektroden 13, altså parallelt med sammenligningsmodstanden Ry. Lægger man nu spændingen UQ over elektroderne 12 og 17, går der følgende isolationsstrøm til måleelektroden 13, xi Ril Så længe sammenligningsmodstanden Ry er af samme størrelsesorden som målekammeret 11's modstand Rrø (dvs. Uy = UM = —), for- 142515 6 bliver også den uønskede isolationsstrøm af samme størrelsesorden som hidtil. Formindsker man imidlertid ifølge opfindelsen sammenligningsmodstanden Ry i forhold til målekammeret 11's modstand R^ bliver også spændingen Uy tilsvarende mindre end målekammer-spændingen U^. Isolationsstrømmen 1^ aftager i samme forhold som delspændingen Uy. I stedet for at formindske sammenligningsmodstanden Ry, kan man naturligvis også forøge målekammermodstanden Rrø, hvilket kan ske igennem en tilstræbt formindskelse af radioaktiviteten i strålingskilderne 14. På grund af relationen

Tii *v im Ril skal man derfor kun drage omsorg for, at sammenligningsmodstanden Ry er ca, én tierpotens mindre end isolationsmodstanden R^.