NO140081B

NO140081B - IONIZATION FIRE ALARMS.

Info

Publication number: NO140081B
Application number: NO753217A
Authority: NO
Inventors: Kiyoshi Matoba; Fumio Iwami
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1975-09-22
Publication date: 1979-03-19
Also published as: CH569335A5; DE2541290A1; NO753217L; DK135648C; FR2285666A1; SE405520B; FR2285666B1; DK424375A; DK135648B; GB1512545A; NO140081C; SE7510476L

Description

Oppfinnelsen vedrører en ioniserings-brannvarsler med to seriekoblede ioniseringskamre, hvis forbindelsespunkt er koblet til styreelektroden for en felt-effekttransistor og som er forbundet med likespenningsførende ledninger, idet de to seriekoblede ioniserings-kamrene er koblet mellom en første spen-ningsførende ledning og klemmen for en spenningsdeler som ligger mellom de to ledningene. The invention relates to an ionization fire alarm with two series-connected ionization chambers, the connection point of which is connected to the control electrode of a field-effect transistor and which is connected by direct voltage-carrying lines, the two series-connected ionization chambers being connected between a first voltage-carrying line and the terminal for a voltage parts located between the two wires.

Ved en slik ioniserings-brannvarsler produseres ioner i ioniseringskamrene ved hjelp av radioaktive preparater. Hvis det trenger rok eller brannaerosol inn i ioniseringskamrene, forandres ionestrommen som flyter mellom elektrodene i ioniseringskammeret. Ved en ioniserings-brannvarsler av nevnte type er de to seriekoblede ioniseringskamrene utfort med forskjellig grad av rokomfintlighet. Dette kan f.eks. oppnås ved at et kammer er godt lufttilgjengelig, mens det andre kammer er vidtgående luk-ket mot atmosfæren eller arbeider i mettet tilstand. Når rok eller brannaerosol trenger inn i det åpne ioniseringskammer, vil således de to kamrenes motstandsforhold forandres og det vil opptre en spenningsforandring i forbindelsespunktet mellom de to kamrene. Denne spenningsforskyvning kan ved hjelp av et forsterker- eller koblingsorgan utnyttes til alarmgivning, idet or-ganets styreelektrode kobles til forbindelsespunktet mellom de to ioniseringskamrene. Da ioniseringskamrene har en særdeles stor indre motstand, er det nodvendig å velge et forsterker- eller koblingsorgan med enda storre inngangsmotstand, f.eks. en felteffekttransistor, spesielt av MOS-FET-typen. Ved en endring av motstandsforholdet for de to ioniseringskammere, f.eks. som folge av rok-inntrengning i et av kamrene, vil således også den strom som flyter gjennom felteffekttransistorens source-drain-bane, forandres, og denne stromendring utnyttes til alarmsignal-avgivning, f.eks. ved betjening av ytterligere koblingsorganer. With such an ionization fire alarm, ions are produced in the ionization chambers using radioactive preparations. If smoke or fire aerosol enters the ionization chambers, the ion current that flows between the electrodes in the ionization chamber changes. In the case of an ionization fire alarm of the aforementioned type, the two series-connected ionization chambers are equipped with different degrees of smoke sensitivity. This can e.g. achieved by one chamber having good air access, while the other chamber is largely closed to the atmosphere or works in a saturated state. When smoke or fire aerosol penetrates the open ionization chamber, the resistance ratio of the two chambers will thus change and a voltage change will occur at the connection point between the two chambers. This voltage shift can be used with the aid of an amplifier or switching device for alarming, as the device's control electrode is connected to the connection point between the two ionization chambers. As the ionization chambers have a particularly large internal resistance, it is necessary to choose an amplifier or coupling device with even greater input resistance, e.g. a field effect transistor, especially of the MOS-FET type. By changing the resistance ratio of the two ionization chambers, e.g. as a result of smoke intrusion into one of the chambers, the current flowing through the field-effect transistor's source-drain path will also change, and this current change is utilized for alarm signal output, e.g. when operating additional coupling devices.

Da det i praksis ofte er nødvendig å kunne koble mange brannvarslere i parallell via felles ledninger til en signalsentral, er det nodvendig å ucforme de enkelte brannvarslere slik at de i normaltilstand har en meget hoy motstand og således en minimal hvilestrom, slik at den totale hvilestrom fra varslergruppen forblir vesentlig lavere enn alarmstrommen fra en enkelt varsler som aktiviseres i tilfelle brann. Det er derfor hensiktsmessig å velge en felteffekttransistor med bratt karakteristikk, som under en bestemt terskelspenning bare har en meget lav hvilestrom, men som ved overskridelse av terskelen vil koble igjennom. Felteffekt-transistorens arbeidspunkt innstilles slik at terskel-verdien ligger like over spenningen på forbindelsespunktet mellom de to ioniseringskamrene i hviletilstand. I normaltilstand er hvilestrommen gjennom felteffekt-transistoren således forholdsvis lav, men ved en endring i ioniseringskamrenes motstandsforhold blir terskelen overskredet og felteffekt-transistoren kobler gj ennom. As in practice it is often necessary to be able to connect many fire detectors in parallel via common wires to a signal centre, it is necessary to design the individual fire detectors so that in their normal state they have a very high resistance and thus a minimal quiescent current, so that the total quiescent current from the alarm group remains significantly lower than the alarm volume from a single alarm that is activated in the event of a fire. It is therefore appropriate to choose a field-effect transistor with a steep characteristic, which below a certain threshold voltage only has a very low quiescent current, but which will switch through when the threshold is exceeded. The operating point of the field-effect transistor is set so that the threshold value is just above the voltage at the connection point between the two ionization chambers in the resting state. In normal conditions, the quiescent current through the field-effect transistor is thus relatively low, but in the event of a change in the ionization chambers' resistance ratio, the threshold is exceeded and the field-effect transistor switches through.

Videre er det i praksis ofte nodvendig å tilpasse de benyttede ioniserings-brannvarslerne til forskjellige forhold i omgivelsene, f.eks. luftens stovinnhold, forventede forstyrrelser m.v. For dette formål må felteffekt-transistorens terskelverdi eller koblingsspenningen være innstillbar. Ved det koblingsskjema av en kjent ioniserings-brannvarsler som er vist i fig. 1, hvor de to ioniseringskamrene CH1 og CH2 er koblet i serie mellom terminalene P, og og hvilkes forbindelsespunkt er fort til styre- eller port-elektroden for en felteffekt-transistor FET^, skjer dette ved at felteffekt-transistorens souice-elektrode S Furthermore, in practice it is often necessary to adapt the used ionisation fire detectors to different conditions in the surroundings, e.g. dust content of the air, expected disturbances, etc. For this purpose, the field-effect transistor's threshold value or the switching voltage must be adjustable. In the circuit diagram of a known ionization fire alarm shown in fig. 1, where the two ionization chambers CH1 and CH2 are connected in series between the terminals P, and whose connection point is fast to the control or gate electrode of a field-effect transistor FET^, this happens by the field-effect transistor's souice electrode S

er fort til en spenningsdeler bestående av motstandene og R.^, mens drain-elektroden D er fort via en motstand R2 til terminalen P-^. Source-spenningen for f eltef f ekt-transistoren lar seg nå regulere via spenningsdeleren R1,R3» For dette formål kan en av de to motstandene være regulerbar eller spenningsdeleren kan være utfort som et potensiometer. På denne måte kan source-spenningen normalt innstilles slik i forhold til felteffekt-transistorens port-spenning at koblingsspenningen har den onske-de avstand fra port-normalspenningen. Ved overskridelse av denne koblingsspenning kobler felteffekt-transistoren på gjennomgang og aktiviserer en bryterinnretning SCR^, hvis styreelektrode er is fast to a voltage divider consisting of the resistors and R.^, while the drain electrode D is fast via a resistor R2 to the terminal P-^. The source voltage for the field-effect transistor can now be regulated via the voltage divider R1,R3" For this purpose, one of the two resistors can be adjustable or the voltage divider can be designed as a potentiometer. In this way, the source voltage can normally be set in such a way in relation to the field effect transistor's gate voltage that the switching voltage has the desired distance from the gate normal voltage. When this switching voltage is exceeded, the field-effect transistor switches on through and activates a switching device SCR^, whose control electrode is

forbundet med felteffekt-transistorens drain-elektrode. I stedet for den viste, styrte halvleder kan det benyttes en transistor-bryter eller en tilsvarende innretning. Denne kjente ioniserings-brannvarsler har imidlertid den ulempe at det må disponeres en tilstrekkelig effekt til aktivisering av bryterelementet SCR^. Den strom som i alarmtilfelle flyter gjennom felteffekt-transistoren FETjy må derfor ikke være for lav, dvs. motstanden må ikke velges for stor. Hvilestrbmmen vil derved likeledes bli for stor. connected to the field effect transistor's drain electrode. Instead of the shown, controlled semiconductor, a transistor switch or a similar device can be used. However, this known ionization fire alarm has the disadvantage that a sufficient power must be available to activate the switch element SCR^. The current that flows through the field-effect transistor FETjy in the event of an alarm must therefore not be too low, i.e. the resistance must not be chosen too large. The resting stress will also be too great.

Det er blitt foreslått å oppheve denne ulempe ved at felteffekt-transistorens source-spenning i stedet for med en spenningsdeler reguleres ved hjelp av en konstantspenningskilde, f.eks. en zenerdiode i felteffekt-transistorens source-bane. Zenerspenningen velges slik at zenerdioden i normal tilstand bare trekker en lav strom, men kobler gjennom i alarmtilfelle, hvorved den konstante zenerspenning opptrer ved felteffekt-transistorens source- elektrode og det således sikres et konstant koblingspunkt og en tilstrekkelig koblingseffekt. Det er i denne forbindelse en ulempe at zenerspenningen ikke er regulerbar. En slik ioniserings-brannvarslers ømfintlighet kan således ikke forandres og tilpasses forholdene. It has been proposed to eliminate this disadvantage by having the field-effect transistor's source voltage instead of a voltage divider regulated by means of a constant voltage source, e.g. a zener diode in the field effect transistor's source path. The zener voltage is chosen so that the zener diode only draws a low current in normal conditions, but switches through in the event of an alarm, whereby the constant zener voltage occurs at the source electrode of the field-effect transistor, thus ensuring a constant switching point and a sufficient switching power. In this connection, it is a disadvantage that the zener voltage is not adjustable. The sensitivity of such an ionization fire alarm cannot therefore be changed and adapted to the conditions.

Fra norske utlcqningsskrift nr. 136 269 og fra tysk Offcnlc-gungsschrift 2 029 752 er kjent ioniseringsbrannvarslere. Imidlertid er det ikke mulig å oppnå de tilsiktede tekniske fordeler eller oppgavens løsning ved hjelp av disse publikasjoner enkelt-vis, dvs. å frembringe en ioniserings-brannvarsler med en juster-bar terskel ved samtidig opprettholdelse av en ekstrem høy hvilemotstand. Ionization fire detectors are known from Norwegian publication no. 136 269 and from German Offcnlc-gungsschrift 2 029 752. However, it is not possible to achieve the intended technical advantages or the solution of the task by means of these publications individually, i.e. to produce an ionization fire alarm with an adjustable threshold while simultaneously maintaining an extremely high quiescent resistance.

Oppfinnelsen går ut på å eliminere de nevnte ulemper og tilveie-bringe en ioniserings-brannvarsler, som både har en særdeles lav hvilestrøm og samtidig på en enkel måte kan innstilles på forskjellige ømfintlighetsgrader. The invention aims to eliminate the aforementioned disadvantages and to provide an ionization fire alarm, which both has an extremely low quiescent current and at the same time can be set to different levels of sensitivity in a simple way.

Oppfinnelsen kjennetegnes ved at samtidig en elektrode av felt-effekttransistoren er koblet via en motstand til den første spenningsførende ledning og dens andre elektrode er koblet til den andre spenningsførende ledning via et spenningsreferanse-element med fastsatt referansespenning. Fortrinnsvis er felt-ef f ekttransis toren utført som P-channel-enhancement-MOS-FET, The invention is characterized by the fact that at the same time one electrode of the field-effect transistor is connected via a resistor to the first voltage-carrying line and its second electrode is connected to the second voltage-carrying line via a voltage reference element with a fixed reference voltage. Preferably, the field-effect transistor is designed as a P-channel-enhancement-MOS-FET,

og spenningsreferanseelementet er fortrinnsvis utført som zenerdiode med fastsatt zenerspenning. and the voltage reference element is preferably designed as a zener diode with a fixed zener voltage.

I fig. 2 er koblingsskjemaet for et utførelseseksempel av oppfinnelsen gjengitt. In fig. 2, the connection diagram for an embodiment of the invention is reproduced.

De to ioniseringskamrene Ct^ og CH2 er koblet i serie, hvorved det felles forbindelsespunkt er forbundet med felteffekt-transistorens FET2 port-elektrode G. Mens ioniseringskammeret CH1 har lav rokomfintlighet, f.eks. som folge av vidtgående lukning mot den omgivende atmosfære eller ved at det er utfort som mettet ioniseringskammer, stiger ioniseringskammerets CH2 motstand i branntilfelle, dvs. når det trenger rokholdig luft inn i kam-meret, og felteffekt-transistorens FET2 portspenning vil da likeledes stige. Felteffekt-transistoren er f.eks. utfort som P-channel-enhancement-MOS-FET, eller som en tilsvarende type, slik at den er sperret ved lav source-portspenning og blir le-dende ved en source-portspenning på noen Volt. Innstillingen av koblingspunktet skjer ved hjelp av en zenerdiode DZ som er an-ordnet mellom felteffekt-transistorens FET2 source-elektrode og terminalen P4. Felteffekt-transistorens drain-elektrode er for strombegrensning forbundet med den andre terminal P^ via en motstand R^. De to seriekoblede ioniseringskamrene CH^ og CH2The two ionization chambers Ct^ and CH2 are connected in series, whereby the common connection point is connected to the gate electrode G of the field-effect transistor FET2. While the ionization chamber CH1 has low noise sensitivity, e.g. as a result of wide-ranging closure to the surrounding atmosphere or because there is a saturated ionization chamber, the ionization chamber's CH2 resistance rises in the event of a fire, i.e. when smoky air enters the chamber, and the field-effect transistor's FET2 gate voltage will then likewise rise. The field effect transistor is e.g. implemented as a P-channel-enhancement-MOS-FET, or as a similar type, so that it is blocked at a low source-gate voltage and becomes conductive at a source-gate voltage of a few volts. The switching point is set by means of a zener diode DZ which is arranged between the field effect transistor's FET2 source electrode and the terminal P4. The drain electrode of the field-effect transistor is connected to the second terminal P^ via a resistor R^ for current limitation. The two series-connected ionization chambers CH^ and CH2

er nå på en side forbundet med samme terminal P^, mens den andre side er koblet til klemmen for en spenningsdeler som består av motstandene R^ og R^ og som ligger mellom terminalene P^ og P^. is now connected on one side to the same terminal P^, while the other side is connected to the clamp for a voltage divider consisting of resistors R^ and R^ and which is located between terminals P^ and P^.

I det minste en av de to motstandene R^ og R^ kan være innstil-bar eller utskiftbar eller det kan være mulig å koble parallell-motstander til en av de to motstandene. Det er også mulig å ut-fore spenningsdeleren som et potensiometer med variabel midt-klemme eller med flere omstillbare klemmer. Motstanden R^ har videre den funksjon å fremkalle et spenningsfall i alarmtilfelle, slik at en elektronisk bryter SCR2, som ligger mellom terminalene ?3 og P4 kan aktiviseres av felteffekt-transistorens drain-elektrode D. At least one of the two resistors R^ and R^ may be adjustable or replaceable or it may be possible to connect parallel resistors to one of the two resistors. It is also possible to design the voltage divider as a potentiometer with a variable middle clamp or with several adjustable clamps. The resistor R^ also has the function of causing a voltage drop in the event of an alarm, so that an electronic switch SCR2, located between terminals ?3 and P4, can be activated by the drain electrode D of the field effect transistor.

Med den omtalte kobling kan man oppnå at den strom som i hviletilstand flyter gjennom felteffekt-transistoren FET2 og zenerdioden Dz, kan holdes særdeles lav. Da zenerdioden imidlertid i alarmtilfelle kobler på gjennomgang, er effekten fullt ut tilstrekkelig til aktivisering av en elektronisk bryter. På den annen side er omfintligheten eller koblingspunktet regulerbart til tross for diodens faste zenerspenning. Dette oppnås ikke ved forandring av source-spenningen for felteffekt-transistoren, som ved de tidligere kjente ioniserings-brannvarslerne, men ved innstilling av port-spenningen. Den spenningsdeler som benyttes for dette formål, kan være særdeles hoyresistiv, da den ikke skal avgi noen effekt i alarmtilfelle. Ioniserings-brannvarsle-rens totale hvilestrom kan dermed holdes ytterst lav, slik at mange slike ioniserings-brannvarslere kan kobles i parallell uten at den totale hvilestrom når utillatelige verdier. With the aforementioned connection, it can be achieved that the current which flows through the field-effect transistor FET2 and the zener diode Dz at rest can be kept extremely low. However, since the zener diode switches on through in the event of an alarm, the effect is fully sufficient to activate an electronic switch. On the other hand, the ampacity or switching point is adjustable despite the diode's fixed zener voltage. This is not achieved by changing the source voltage for the field effect transistor, as with the previously known ionization fire detectors, but by setting the gate voltage. The voltage divider used for this purpose can be extremely high resistive, as it should not emit any effect in the event of an alarm. The total quiescent current of the ionization fire detector can thus be kept extremely low, so that many such ionization fire detectors can be connected in parallel without the total quiescent current reaching impermissible values.

Claims

1. Ionization fire alarms with two series-connected ionization chambers, the connection point of which is connected to the control electrode of a field-effect transistor and which is connected by direct voltage-carrying lines, the two series-connected ionization chambers being connected between a first voltage-carrying line (-P^) and the clamp for a voltage divider (R^, Rg) located between the two wires ("£3/ +P4^'characterized in that at the same time an electrode (D) of the field-effect transistor (FET2) is connected via a resistor (R^ ) to the first voltage-carrying wire (-P3) and its second electrode (S) is connected to the second voltage-carrying wire (+P4) via a voltage reference element (D2) with fixed reference voltage.

2. Ionization fire alarms as stated in claim 1, characterized in that the field effect transistor (FET2) is designed as a P-channel-enhancement-MOS-FET.

3. Ionization fire alarms as specified in claim 1, characterized in that the voltage reference element is designed as a zener diode with a fixed zener voltage.