NO129270B - - Google Patents

Description

Ioniseringsbrannmelder.

Oppfinnelsen angår en ioniseringsbrannmelder med ett ioniseringskammer som tjener som målekammer og som har innløpsåpning-

er for den omgivende luft og to elektroder og en radioaktiv kilde,

et andre ioniseringskammer som tjener som referansekammer og som har to elektroder og en radioaktiv kilde og i serie med målekam-

meret er -forbundet med en likespenningskilde, hvilke radioaktive

•kilder tilveiebringer en ioniseringsstrøm mellom elektrodene i

■ ionisering3kammerne, minst én forsterker som forsterker spenningsforskjellen mellom elektrodene i ett av ioniseringskammerne og som

. forsterker såvel en spenningsøkning som. en spenningssenkning i

målekammeret i forhold til normaltilstand, idet en spenningsøkning som følge av lagring av luftioner på røkpartikler anvendes til utledning av brannmeldesignal.

Fra norsk patentskrift mr. 125.704 er det kjent en slik brannmelder hvor den strøm som i normaltilstand flyter i ioniseringskammerne synker ved inntreden av røkgass i målekammeret. Dette be-ror på ansamling av luftionér som er frembragt ved ionisering som skyldes den radioaktive kilde, på de i røken inneholdte aerosol-partikler og den dermed forbundne reduksjon av ionebevegeligheten. En minskning av ioniseringsstrømmen medfører en økning av potensial-forskjellen i målekammeret som etter forsterkning ved hjelp av forsterkeren anvendes som brannmeldesignal. En minskning av potensial-forskjellen som følge av forstyrrelser i målekammeret vil derimot etter forsterkning gi et støysignal. En slik på basis av opphop-ning arbeidende ioniseringsbrannmelder har den ulempe at røkløse og røkfattige branner, f.eks. alkohol- eller acetonbrånn, og termisk spaltning og av stoffer som ved spaltning avgir frie ioner, ikke eller bare usikkert varsles.

Fra DAS nr. 1.279.513 er videre kjent en ioniseringsbrannmelder som såvel ved potensialøkning som ved potensialsenkning i målekammeret avgir brannmelding. Denne brannmelder arbeider imidlertid ikke på basis av ansamling, men utnytter den spesifikke vekt av luft som utsettes for brannproduktene i forhold til normaltilstand. Da endringen av luftens spesifikke vekt i samme størrelses-orden også kan fremkalles av uværsbetingede fuktighetsendringer og temperaturavhengige tetthetsendringer av luften, er en slik brannmelder meget følsom for slike forstyrrelser. Videre kan arten av brannprodukter på den ene side og temperaturbetingede tetthetsendringer på den annen side virke motsatt på ioniseringsstrømmen,slik at en brannmeldning ikke avgis med sikkerhet. Dette gjelder særlig for overopphetning av stoffer som derved avgir frie ioner uten at en brann med merkbar temperaturøkning av luften opptrer.

Det er også allerede anvendt en ioniseringsbrannmelder med en radioaktiv kilde med en aktivitet på høyst 0,1 mikrocurie, men der ble bare anvendt ett som målekammer tjenende ioniseringskammer som var seriekoplet med en kondensator som ble utladet peri-odisk, og hvor en brannmeldning skjedde når kondensatorladningen som følge av røkgass i målekammeret og ansamling og dermed en minskning av ioniseringsstrømmen, underskred en forhåndsbestemt terskelverdi. Denne brannmelder er følsom for lufttrykkvariasjoner, fordi dette gjør seg gjeldende bare i målekammeret og ikke i kondensa-toren. En økning av strømmen gjennom målekammeret med en ekstra ionestrøm som skyldes den ioniserte gass kan ikke utnyttes ved denne brannmelder.

Hensikten med oppfinnelsen er.å tilveiebringe en ioniseringsbrannmelder av den innledningsvis nevnte art som ved bibehold av ansamlingsvirkningen ved inntreden av røkgass i målekammeret,

også reagerer på slike gasser som dannes ved overopphetning av stoffer som derved avgir frie ioner og/eller ved røkfrie branner.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at størrelsen av ioniseringsstrømmen i normaltilstand ligger i størrelsesorden av den ionestrøm som opptrer når ioner frigjøres ved overoppvarming av spaltbare stoffer og/eller ved røkfrie branner, at de radioaktive kilder har en aktivitet på høyst 0,1 mikrocurie, og at også en spenningssenkning i målekammeret anvendes til utledning av brannmeldesignal.

Ved ioniseringsbrannmelderen ifølge oppfinnelsen utnyttes den kjensgjerning at såvel varme som kalde flammer, som f.eks. eterflammer, er elektrisk ledende. Denne ledningsevne er betinget av de kjemiske reaksjoner som opptrer ved en forbrenning, og det dannes frie radikale som tjener som bærere av en kjedereaksjon. De på denne måte dannede elektrisk ikke-nøytrale partikler transporteres ved hjelp av den oppstigende varme luft. Ved røkdannende flammer opptrer en sterkere rekombinasjonsvirkning av de frie ioner og en opp-hoping av ioner på røkaerosoler, slik at ved inntrengning av brann-gasser i ioniseringskammeret tas bare røkpartikler med som på kjent måte minsker ioniseringsstrømmen i målekammeret.

Ved opptreden av røkfattige eller røkfrie branner er derimot antallet av rekombinasjoner av frie ioner i flammene forholds-vis lavt, slik at mange frie ioner opptrer i ioniseringskammeret og bidrar til å forsterke den ioniseringsstrøm som er frembragt av den radioaktive kilde. Denne forsterkning er imidlertid bare målbar når ifølge oppfinnelsen ioniseringsstrømmen velges ved normal drift av ioniseringskammeret og ligger i størrelsesordenområdet for den ioni-seringsstrøm som forårsakes ekstra i ioniseringskammeret av røkløse branner. I motsetning til de hittil kjente ioniseringsbrannmeldere er derfor den ioniseringsstrøm som frembringes av den radioaktive kilde overordentlig liten. En ioniseringsstrøm som tilfredsstiller disse betingelser oppnås når ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen den radioaktive kilde har en aktivitet på 0,1 mikrocurie eller mindre.

En videre fordel ved oppfinnelsesgjenstanden består i at også de ioner som dannes ved termisk spalting omfattes av målingen. Dette gjør seg særlig fordelaktig gjeldende ved termisk spalting av kunststoffer, særlig ved klorhydrogenspalting ved PVC. Slik termisk spalting opptrer allerede ved temperaturer som ligger under antenningstemperaturen av brennbare stoffer. Således skjer det ved hard PVC allerede ved 100°C en merkbar klorhydrogenavgivelse. Ved ca. 300°C avgis allerede 85% av klorhydrogenet. Ved innvirkning av luftfuktighet opptrer det dissosiasjon av klorhydrogenet, slik at syregass i fineste dråpekondensat slår seg ned på alle tilgjvengelige overflater. En videre spalting av. PVC kan føre til ureparerbare korrosjonsskader på bygninger og maskiner.

I motsetning til de kjente ioniseringsbrannmeldere er brannmelderen ifølge oppfinnelsen som følge av den valgte ionise-ringsstrøm, i stand til ved opptreden av frie ioner som skyldes termisk spalting, å foreta melding uten at det allerede må foreligge en brann.

Ved.opptreden av en brann eller ved overoppheting av visse stoffer, vil det ved ioniseringsbrannmelderen ifølge oppfinnelsen enten opptre en målbar minskning eller økning av ioniser-ingsstrømmen. Det er bare teoretisk tenkbart en brann hvorved de i målekammeret inntredende frie ioner og røkaerosoler akkurat opp-hever hverandres innvirkning på ioniseringsstrømmen. Det har imid-lertid vist seg at en slik nøytralisert tilstand ikke kan opptre, mens en minskning eller økning av ioniseringsstrømmen alltid er over-veiende, slik at en sikker brannmelding vil bli avgitt i ethver til-felle.

Ved en foretrukket utførelsesform har de radioaktive kilder en aktivitet på en så liten verdi som 0,1 mikrocurie. Da det derved frembringes bare få luftioner i målekammeret, vil gasser som inneholder ioner ved sin inntreden i målekammeret gjøre seg sterkt gjeldende i forhold til røkgasser.

Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er det fordelaktig at den ene elektrode i det minste delvis omgir den andre og gjennomføringsåpningen for gass og/eller røkpartikler, at potensialet på den indre elektrode er mer negativ enn på den ytre elektrode, og at den negative elektrode er tilsluttet inngangen i en forsterker.

Ved denne utførelsesform går man ut fra den erkjennelse at det blant røkpartiklene og de frie ladningsbærere praktisk talt alltid befinner seg positive ladningsbærere som mer enn oppveier de vanligvis alltid tilstedeværende negative ladningsbærere. Ved det positive potensial på den ytre elektrode unngås således at de positive ladninger allerede avgis på den ytre elektrode. Den indre negative elektrode har i disse tilfeller således en viss sugevirk-ning. Ved anordning av den radioaktive kilde på den ytre elektrode forbedres ytterligere virkningen av ioniseringsbrannmelderen ifølge oppfinnelsen.

Tre utførelseseksempler på oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk en ioniseringsbrannmelder ifølge

oppfinnelsen.

Fig. 2 viser skjematisk en annen utførelsesform av ioniseringsbrannmelderen ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser skjematisk en modifikasjon av ioniseringsbrannmelderen på fig. 2. Fig. 1» viser skjematisk en tredje utf ørelsesform av en

ioniseringsbrannmelder ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 er vist et målekammer 1 og et referansekammer 2. Begge kammere har en ytre elektrode 24 respektivt 28 og en

indre elektrode 25 respektivt 27 med et mellomliggende målerom 26 respektivt 29. De to kammere 1 og 2 er koplet i serie mellom klemmene 9 og 10 som er forbundet med en ikke vist likespenningskilde. Den ytre elektrode 2h i målekammeret 1 har et positivt potensial, mens den indre elektrode 25 har et negativt potensial. På den ytre elektrode 2k i målekammeret 1 og på den indre elektrode 27 i referansekammeret 2 er anordnet en radioaktiv strålingskilde 30 respektivt 31. Til et punkt mellom kammerne 1 og 2 er tilsluttet en forsterker ~} sk med en felteffekt-transistor og en vanlig transistor. Forsterkeren innstilles ved hjelp av et potensiometer som dannes av en variabel motstand 5 og en fast motstand 6, som er anordnet mellom

klemmene 9 og 10. Forsterkerens utgang er betegnet med 11, 12. Ved inntreden av røkpartikler i målekammeret 1 reguleres spenningen på utgangen 11, 12 til full driftsspenning. Ved inntreden av ioner og frie radikale i målekammeret 1 vil derimot spenningen på utgangen 11, 12 bli regulert mot null.

På fig. 2 er målekammeret 1 og referansekammeret 2 ut-formet og koplet på samme måte som på fig. 1. Her anvendes to forsterkere 3,4 med utganger 11, 12. Forsterkerne 3» 4 er forsynt med en felteffekt-transistor og en vanlig transistor og kan være utfor-met som en integrert MOS-felteffekt-transistorer. Forsterkeren 3 innstilles ved hjelp av potensiometeret 5, 6,slik at det i utgangen 12 opptrer en spenning. Hvis det så f.eks. ved en røkløs brann trer ekstra ioner inn i målekammeret 1, så økes den samlede ionestrøm,

det vil si at målekammeret 1 inntar en for koplingen lavohme tilstand. Forsterkerutgangen 12 vil da i løpet av kort tid falle til null eller i nærheten av null. Derved oppstår et brannsignal.

Forsterkeren 4 blir ved hjelp av potensiometeret 7, 8 innstilt slik at utgangen 11 har et potensial nær null. Hvis det opptrer røkaerosoler i målekammeret 1, vil de som følge av den radioaktive strålingskilde 3o frembragte ioner lagre seg på røkpartiklene. Ionestrømmen vil da synke, og elektrisk sett blir målekammeret 1 mer høyohmig. Derved vil utgangen 11 i forsterkeren 4 få en spenning som gir et brannsignal.

Fig. 3 viser også to forsterkere som består av to MOS-felteffekt-transistorer 16, 19 som er kaskadekoplet med hver

sin transistor 17, 19. En slik kopling gir stor forsterkning og liten støy og stor strømstabilitet. Det ene kaskadetrinn gir videre gode reguleringsegenskaper ved regulering av arbeidssteilheten. Regu-leringsspenning som tas ut ved hjelp av potensiometerne 18 og 21 til-føres styreelektroden i transistorene 16 og 19.

På fig. 4 ses signalutnyttelsen ved hjelp av en FET-differensialforsterker. Hver av forsterkerdelene består av en felt-ef fekt-transistor 22 respektivt 23 med en etterfølgende vanlig transistor. Den ene forsterkerinngang er forbundet med forbindelsesled-ningen mellom kammerne 1 og 2. Som innstillingsorgan for forsterkeren tjener den andre forsterkerdel som innstilles ved hjelp av en spenningsdeler 15, som er stabilisert ved hjelp av en zenerdiode 14.

Signalutgangene 11, 12 ligger mellom to belastningsmotstander 16,

17. For å minske forsterkerens følsomhet overfor temperaturdrift er det videre anordnet en zenerdiode 13.

For å gjøre ioniseringsbrannmelderen ifølge oppfinnelsen praktisk talt ufølsom mot minskning av ioniseringsstrømmen som følge av tilsmussing, særlig av den radioaktive kilde, måles en karakteristisk målestørrelse, og i avhengighet av denne målestørrelse hindres en brannmelding ved langsomt avtagende ioniseringsstrøm og/ eller ved overskridelse av en terskelverdi av målestørrelsen som frembringer en feilmelding og/eller endrer motstandsforholdet i den av ioniseringsstrømmen passerte strømvei for å gjenopprette de opp-rinnelige motstandsforhold ved ikke tilsmusset strålingskilde.'

Claims (7)

1. Ioniseringsbrannmelder med ett ioniseringskammer som tjener som målekammer og som har innløpsåpninger for den omgivende luft og to elektroder og en radioaktiv kilde, et andre ioniseringskammer som tjener som referansekammer og som har to elektroder og en radioaktiv kilde og i serie med målekammeret er forbundet med en likespenningskilde, hvilke radioaktive kilder tilveiebringer en ioniseringsstrøm mellom elektrodene i ioriiseringskammerne, minst én forsterker som forsterker spenningsforskjellen mellom elektrodene i ett av ioniseringskammerne og som forsterker såvel en spenningsøkning som en spenningssenkning i målekammeret i forhold til normaltilstand, idet en spenningsøkning som følge av lagring av luftioner på røkpartikler anvendes til utledning av brannmeldesignal, karakterisert ved at størrelsen av ioniseringsstrøm-men i normaltilstand ligger i størrelsesorden av den ionestrøm som opptrer når ioner frigjøres ved overoppvarming av spaltbare stoffer og/eller ved røkfrie branner, at de radioaktive kilder (30,31) har en aktivitet på høyst 0,1 mikrocurie, og at også en spenningssenk - ning i målekammeret anvendes til utledning av brannmeldesignal.

2. Brannmelder ifølge krav 1, karakterisert ved at de radioaktive kilder (30,31) hver har en aktivitet på langt mindre verdi enn 0,1 mikrocurie.

3. Brannmelder ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at en elektrode (24) i målekammeret (l) Omgir den andre elektrode (25) i det minste delvis, og har gjennomløpsåpning- er for gass og/eller røkpartikler, at potensialet på den indre elektrode (25) er negativ i forhold til den ytre elektrode (24), og at den negative elektrode (25) er forbundet med forsterkerens (3,4) inngang.

4. Brannmelder ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at forsterkeren er en differensialforsterker (3,4) utstyrt med felteffekttransistorer (fig. 4).

5. Brannmelder ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at den radioaktive kilde (30,31) er anordnet på den mest positive elektrode (24,27) (fig. 1-4).

6.. Brannmelder ifølge et av kravene 1-3 eller 5, karakterisert ved at det er anordnet to forsterkere (3,4) av hvilke den ene forsterker spenningsøkning og den andre spenningssenkning i målekammeret (1) (fig. 2,3).

7. Brannmelder ifølge krav 6, karakterisert ved at begge forsterkere (3,4) er utstyrt med felteffekttransistorer.