NO141578B - Ionisasjonsroekmelder. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en ionisasjonsrøkmelder med et måleionisasjonskammer i serie med et referanseionisasjonskammer og en til måleionisasjonskammeret tilkoplet felteffekttransistor som blir ledende når måleionisasjonskammerets utgangsspenning overskrider en terskelverdi.

Oppbygningen av sådanne meldere er eksempelvis beskrevet

i de sveitsiske patenter 486 082, 508 251 eiler 551 057. Til sådanne meldere stilles de høyeste krav. Som røkdetektorer skal de på et så tidlig tidspunkt som mulig melde utbruddet av en brann. På den annen side må de imidlertid også kunne stå imot meget hårde omgivelsesbetingelser, dvs. klimatiske påvirkninger, f.eks. temperatur, vind, fuktighet, korrosjon osv., samt elektriske påvirkninger, f.eks. forstyrrelser av tilførselsspenningen.

Videre blir det stilt krav med hensyn til økonomien,

dvs. sådanne meldere må arbeide med lite strømforbruk for at flest mulig skal kunne anbringes i de objekter som skal beskyttes. En-delig består også det forståelige ønske at man på enkel måte skal kunne gjennomføre en elektrisk kontroll av funksjonsdyktigheten.

En tilfredsstillende løsning med akseptable omkostninger er imidlertid ytterst vanskelig å oppnå, og kunne med de tidligere kjente ionisasjonsbrannmeldere ikke oppnås i nødvendig grad.

Det er riktignok kjent å gjøre en ionisasjonsrøkmelder

i en viss grad uavhengig av driftsspenningen ved at man som mot-standselement benytter et mettet referanse-ionisasjonskammer. Ved endringer av driftsspenningen forblir da måleionisasjonskammer-utgangsspenningen konstant. Disse brannmeldere har imidlertid den ulempe at de oppviser en sterk temperaturavhengighet av måle-ionisas jonskammer-utgangsspenningen, og det opptrer en tilnærmet lineær forskyvning av alarmterskelen med temperaturen.

Man har forsøkt å løse dette problem ved at man benytter symmetriske ionisasjonskamre ved hvilke omgivelsestemperaturens innvirkninger gjensidig kompenseres, hvorved brannmelderen og dennes alarmterskel imidlertid blir avhengig av driftsspenningen.

Et ytterligere krav er at brannmelderne skal konstrue-res slik at de har lite strømforbruk. For dette formål blir det som regel som første elektroniske element i følerkoplingen benyttet en felteffekttransistor hvis styreelektrode er forbundet med forbindelsespunktet mellom måleionisasjonskammeret og referanse-ionisasjonskammeret, og som i normaltilfelle drives i den sperre-de tilstand. For dette formål blir kildepotensialet lagt slik at det ligger over sperrespenningen. Tidligere kjente ionisasjons-røkmeldere av denne type har imidlertid den ulempe at deres alarmterskel endrer seg med omgivelsesbetingelsene. En samtidig kompensasjon av alle omgivelsespåvirkninger har hittil ikke vært mulig da de benyttede foranstaltninger bare har vært egnet til opphevelse av én av påvirkningene.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ionisa-sjonsrøkmelder som samtidig oppfyller følgende betingelser:

1. Økonomi

2. Alarmterskelens uavhengighet av driftsspenningen• 3. Alarmterskelens uavhengighet av omgivelsestemperaturen

4. Lavest mulig hvilestrøm (<10 yA)

5. Enkle elektriske kontrollmuligheter

Ovennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at den for kompensasjon av måleionisasjonskammerets temperaturfølsomhet oppviser en i felteffekttransistorens kildestrekning beliggende kopling av en transistor og en av to motstander bestående, med transistoren parallellkoplet spenningsdeler, idet spenningsdelerens midtuttak er forbundet med transistorens basis, og idet transistoren og motstandene er valgt slik at spenningsfallet over koplingen oppviser samme temperaturavhengighet som spenningsfallet ved måleionisasjonskammeret, slik at differansen mellom måle-ionisas jonskammerets utgangsspenning og spenningsfallet ved kop-..lingen, som gir felteffekttransistorens kildespenning, forblir konstant ved temperaturendringer.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende un-der henvisning til tegningen, hvis ene figur viser et koplings-skjerna for et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen.

I den på figuren viste ionisasjonsrøkmelder er et luft-tilgjengelig, umettet måleionisasjonskammer MK, hvis ionestrøm altså er avhengig av røktettheten i luften, koplet i serie med et i hovedsaken lukket, mettet referanseionisasjonskammer RK. Forbindelsespunktet mellom de to ionisasjonskamre er forbundet med styreelektroden i en felteffekttransistor FET, eksempelvis en MOS-FET. I denne felteffekttransistors kildestrekning er det anordnet en elektrisk kopling bestående av kollektor-emitterstrek-ningen i en transistor T^ og en med denne parallellkoplet, av motstandene R-^ og R2 bestående spenningsdeler, idet transistorens T^ basis er forbundet med forbindelsespunktet mellom de to motstander R^ og R2«

Denne elektriske kopling, bestående av transistoren T^ og motstandene R^ og R2, bestemmer kildespenningen Ug for felteffekttransistoren FET. Denne spenning Ug blir nå valgt slik at summen av Ug og terskelspenningen for felteffekttransistoren FET er noe større enn spenningsfallet UR over måleionisasjonskammeret MK i normaltilfelle, dvs. ved fravær av røk eller brannaerosol i luften. Så snart det nå strømmer inn røk eller brannaerosol i måleionisasjonskammeret MK, stiger dettes motstand, og så snart spenningsfallet UR overskrider summen av kildespenning og terskelspenning, blir felteffekttransistoren FET ledende og det flyter en alarmstrøm over ledningene til en ikke vist sentral.

I felteffekttransistorens sluk-bane kan dét også være anordnet en ytterligere motstand ved hjelp av hvis spenningsfall en koplingsinnretning styres på kjent måte.

Spenningsfallet UR over måleionisasjonskammeret i en sådan ionisasjonsrøkmelder er imidlertid, slik som foran nevnt, avhengig av omgivelsestemperaturen, slik at en sådan ionisasjons-røkmelder ved praktisk anvendelse, alt etter omgivelsestemperatur ren, ville oppviser en forskjellig alarmterskel. En sådan ioni-sas jonsrøkmelder ville altså ved én temperatur reagere senere enn ved en annen omgivelsestemperatur. For å unngå denne i praksis meget uønskede egenskap, er den elektriske kopling som ligger i serie med felteffekttransistoren FET, utformet slik at den oppviser den samme temperaturkoeffisient som måleionisasjonskammeret MK. Dette oppnås ved at forholdet mellom motstandene R^/I^ °9 således forsterkningsgraden for transistoren T^ velges slik at

(UK - Ug) ved temperaturendringer forblir konstant. Derved må selvsagt motstandsforholdet tilpasses nøyaktig til temperatur-koef fisienten for transistoren T^. For understøttelse av virk-ningen kan eventuelt også motstandene og R2 utformes temperaturavhengig, men imidlertid slik at den nevnte betingelse forblir opp-fylt, dvs. at (UR - Ug) forblir uavhengig av temperaturen, i det minste i et bestemt temperaturområde i omgivelsen for romtempera-turen, eller dersom ionisasjonsbrannmelderen er anordnet for be-nyttelse ved ekstreme betingelser, i omgivelsen for den normale driftstemperatur.

For tilpasning til forskjellige driftsbetingelser kan den ene av motstandene R^ eller R2 være innstillbar.

Ved et praktisk utførelseseksempel på en ionisasjons-røkmelder med en kammeroppbygning ifølge fig. 1 i sveitsisk pa-tentskrift nr. 551 057, fremkom det i temperaturområdet mellom

-10° og +50° C et tilnærmet lineært forløp av ionisasjonskammer-spenningen av typen: UR = U^ + 3AT, men en temperaturkoeffisient på & = -25mV/K(mV/grad). Ved anvendelse av en siliciumtransistor med et temperaturforløp for basis-emitterspenningen UfiE =

U'BE + aAT med en temperaturkoeffisient a = -1,5 mV/K (mV/grad) blir dennes kollektor-emitterspenning og dermed også felteffekttransistorens FET kildespenning:

Av betingelsen (UR - Ug) = konstant for alarmterskelens temperatur-uavhengighet følger da for motstandsf orholdet: R2/R-^ = (3/a) - 1. Med de angitte tallverdier fremkommer altså et motstandsfor-hold R2/R1 = 15,6, ved hvilket koplingen blir temperatur-uavhengig. Ved et praktisk eksempel ble det derfor ved anvendelse av en i handelen vanlig transistor T^ av typen BC 320 benyttet en motstand R^ - = 10 kft og R2 = 150 kft. Med en f eltef f ekttransistor

av typen MEM 520 (General Instruments) med en terskelspenning på ca. 3,5 V kunne det derfor fremstilles en ionisasjonsrøkmelder som drives med en tilkoplingsspenning på 20 V til ledningene U-^ og U2 og en kammerspenning U'K på ca. 8 V, hvilken ionisasjons-røkmelder i et bredt temperaturområde arbeider med forbedret og konstant følsomhet, og dessuten i stor grad er. uavhengig av

driftsspenningen. Ionisasjonsrøkmelderen oppviser videre de andre fordeler at den har meget liten hvilestrøm og kan fremstilles på økonomisk måte. Det siste krav om enkel kontrollmulighet kan oppnås ved at måle-ionisasjonskammeret MK er koplet i serie med en ytterligere motstand R^, idet det fra forbindelsespunktet mellom målekammeret MK og motstanden R^ er ført en ytterligere ledning til en prøveklémme U^. Motstanden R^ kan velges med en verdi på ca. 20 kn.

Claims (4)

1. Ionisasjonsrøkmelder med et måleionisasjonskammer (MK) i serie med et referanseionisasjonskammer (RK) og en til måle-ionisas jonskammeret (MK) tilkoplet felteffekttransistor (FET) som blir ledende når måleionisasjonskammerets utgangsspenning (UR) overskrider en terskelverdi, karakterisert ved at den for kompensasjon av måleionisasjonskammerets (MK) temperatur- . følsomhet oppviser en i felteffekttransistorens (FET) kildestrekning beliggende kopling (S) av en transistor (T^) og en av to motstander (R^, R2) bestående, med transistoren (T^) parallellkoplet spenningsdeler, idet spenningsdelerens midtuttak er forbundet med transistorens (T1) basis, og idet transistoren (T^ og motstandene (R-^, R2) er valgt slik at spenningsfallet (Ug) over koplingen (S) oppviser samme temperaturavhengighet som spenningsfallet (UR) ved måleionisasjonskammeret (MK), slik at differansen mellom måleioni-sas jonskammerets utgangsspenning (UR) og spenningsfallet (Ug) ved koplingen (S), som gir felteffekttransistorens (FET) kildespenning, forblir konstant ved temperaturendringer.

2. Ionisasjonsrøkmelder ifølge krav 1, karakterisert ved at spenningsdelerens motstander (R^, R2) er valgt slik at de i forhold til temperaturkoeffisienten (a) for transistorens (T^) basisemitterspenning og temperaturkoeffisienten (B) for måleionisasjonskammeret (MK) i det minste tilnærmet oppfyller forbindelsen R2/R1 = B/ct- 1.

3. Ionisasjonsrøkmelder ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst én av motstandene (R^ og R^) er regulerbart og/eller temperaturavhengig utformet.

4. Ionisasjonsrøkmelder ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det i serie med måleionisasjonskammeret (MK) er anordnet en ytterligere motstand (R-j) , og at forbindelsespunktet mellom måleionisasjonskammeret (MK) og den ytter- .. ligere motstand (R^) tjener som prøvespenningsuttak (U^).