NO161647B - Detektor for ioniseringsnivaaet for et gassformig medium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en detektor for ioniseringsnivået for et gassformig medium av den type som omfatter et eneste kammer i hvilket det er anordnet et første elektrodepar mellom hvilke en elektrisk bue fremtvinger en ionisering av det gassformige medium, og et andre par elektroder mellom hvilke konduktiviteten for gassmediet måles etter ionisering fremtvunget av den elektriske bue.

Anvendelsen av ioniske brannvarslere er allerede meget utbredt på grunn av den høye responshurtighet for disse apparater og deres lave sensibilitet mot gassens skadelige virkninger.

Imidlertid består de allerede kjente ionedetektorer i det vesentlige av to kammere, det ene åpent for å være i kontakt med gassmiljøet som overvåkes og det andre praktisk talt lukket og omfattende en meget liten åpning, og når begge mottar stråling fra en radioaktiv kilde er det klart at anvendelsen i visse tilfelle er lite å anbefale.

Når kilden ioniserer luften eller miljøet i de to kammere, konstaterer man vanligvis at konduktivitetene mellom måleelektrodene er identiske i de to kammere. Når imidlertid omgivelsesmiljøet som detektoren befinner seg i og som trenger inn i det åpne kammer gjennomgår variasjoner i ioniseringen eller konduktiviteten slik det for eksempel er tilfelle ved brann, inntrer det kollisjoner mellom partikler og ioner i kammeret og dette fører til en sterk reduksjon av konduktiviteten mens konduktiviteten I det lukkede kammer forblir praktisk talt uforandret i en relativt lang periode. Den ekstremt hurtige påvisning av denne konduktivitets-differanse tillater å påvise tilstedeværelse av andre forurensningskilder.

Uhensiktsmessigheten for slike apparater i visse industrier slik som landbruket er åpenbar fordi anvendelsen tillater radioaktive partikler for å forurense næringsmiddelprodukter, noe som kan medføre alvorlig risiko for forbrukerne. Uansett imidlertid bruksområdet for slike apparater er det uunngåelig nødvendig å måtte finne dem igjen etter en brann, noe som ikke bestandig er mulig, for å forhindre at radioaktivt materiale kan forurense fordelingssystemet for drikkevann via slukningsvannet som har vært i kontakt med ikke-gjenfundne apparater.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en detektor av den innledningsvis nevnte art og denne detektor karakteriseres ved at den omfatter: en utløsningskrets for den elektriske bue omfattende en motstand og en kondensator i serie påtrykket en konstant spenning idet det midtre punktet til kretsen er forbundet med en primærvikling til en transformator ved hjelp av en tyristor, hvorved sekundærviklingen til transformatoren er

montert mellom de to elektroder i det første elektrodepar; en krets for måling av konduktiviteten i gassmediet omfattende en kondensator og to motstander montert i serie

mellom elektrodene i det andre par; og

en krets montert mellom det felles punkt for de to motstander i målekretsen for konduktiviteten i gassmediet og portelektroden for tyristoren for utløsningskretsen for den elektriske bue, for å starte denne når anodespenningen til tyristoren, som et resultat av ladningen på kondensatoren, passerer spenningen til portelektroden for tyristoren, noe som resulterer i måling av konduktiviteten til gassmiljøet og som er representativ for reduksjonsgraden av ioner i kammeret.

Man unngår på denne måte anvendelsen av radioaktive stoffer idet de to adskilte kammere som skulle sammenligne konduktivitetene i to forskjellige miljøer på et gitt tidspunkt erstattes av ett enkelt kammer.

Et annet karakteristisk ved oppfinnelsen er å kompensere den hurtige forsvinnen av ioner på grunn av deres sammenstøt med partikler i miljøet som trenger inn i kammeret, for måling av konduktiviteten ved hjelp av en tilbakekoblingskrets som kontrollerer utladningen av en elektrisk bue med meget kort varighet.

Fordelen med denne metode ligger ikke bare i gjennomføringen av måten å danne ioner på, men også sammenligningen av resultatene mellom to buetenninger med henblikk på eventuelt å sjeldne mellom typene dannede ioner som funksjon av deres mobilitet. Man kan således følge utviklingen av et visst fenomen, for eksempel emisjonsfasen for tunge og lette partikler under en brann. Videre har den diskontinuerlige dannelse av buen som fremtvinger ioniseringen som resultat en betydelig reduksjon av energiforbruket som er nødvendig for at apparatet skal funksjonere.

Et annet karakteristisk trekk ved detektoren er innarbeiding av en krets for sammenligning av resultatene av to suksessive målinger av konduktiviteten. Denne krets kan omfatte enkle analoge elementer og innretningen for styring av buen kan gi spenninger i størrelsesorden 6000 til 12000 V med en meget kort varighet i størrelsesorden 100 til 500 nsek. hvorved strømmen er av størrelsesorden 1 pA, man kan således benytte ekstremt små effekter i størrelsesorden 16 pW for å sikre ionisering i målekammeret mens det totale forbruk for komponentene i de andre kretser er begrenset til for eksempel 20 pW.

Andre karakteristika og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse under henvisning til tegningene som viser en gjennomførdsesmåte av oppfinnelsen og varianter av styringen av målesignalene. Figur 1 viser skjematisk innretningen ifølge oppfinnelsen og dennes kretser. Figur 2 er et diagram som viser kontrollspenningene for transistoren som styrer utladningen av den elektriske bue. Figur 3 er et eksempel på styringsspenningsfølgen for buen og variasjonen av konduktiviteten mellom måleelektrodene. Figur 4 er et skjema for en signalkrets for påvisning av et

fall i konduktiviteten.

Figur 5 er en variant av innretningen ifølge figur 4.

Figur 6 er et spenningsskjema for innretningen for styring av

utladningen av den elektriske bue.

Figur 7 er en variant av innretningen ifølge figur 5.

Figur 8 er et eksempel på styringsspenninger for signal-innretningen vist i fiigur 7.

Den detektor som skjematisk er vist i figur 1 omfatter i det vesentlige et eneste kammer 4 der åpningen er dekket av et fint beskyttelsesgitter 5 som er koblet til jord. Gitteret tillater spesielt undertrykkelse av radioelektriske forstyr-relser. Elektrodene E^ og E2 som tjener til å danne intermit-terende buer og elektrodene E3 og E4 for måling av konduktiviteten av miljøet, mates med en spenning av viklingene 7 i en transformator der pr imaervikl ingen 8 kontrolleres av portelektroden 9 til tyristoren Zj. Denne port er via kretsen 10 forbundet med målekretsent for konduktiviteten i rommet mellom elektrodene E3 og E4.

Matingen til pr imaervikl ingen 81 skjer ved hjelp av kontakter 1 og 2 forbundet med klemmene til en mateinnretning som gir henholdsvis en positiv spenning ved kontakt 1 på for eksempel + 6 V og en negativ spenning ved kontakt 2 på - 6 V. Referansespenningen på kontakten 3 kan være + 6 V. I fravær av ledning ved Z^ opplades kondensatoren koblet til jord og til kontakten 1 via motstanden Rj_. Når spenningen på anoden 11 øker og passerer den til porten 9 utlades kondensatoren Ci via Zi over pr imaervikl ingen i transformatoren. Utladningen gir i et ekstremt kort tidsrom en vesentlig potensialdifferanse på klemmene til sekundærviklingen 7 forbundet med elektrodene E 1 og E2, noe som så gir en elektriske bue mellom disse elektroder. Økningen av ioniseringen av miljøet i kammeret 4 øker konduktiviteten mellom elektrodene E3 og E4 og bevirker økning av spenningen på porten 9. Man ser at når kondensatoren utlades, over-skrides spenningen på anoden 11 av spenningen på porten 9 i løpet av meget kort tid, kondensatorutladningen medfører umiddelbar kutting av Z^ av tilførselen til viklingen 8.

Man ser at når kammeret 4 er ionisert opplades kondensatoren Ci til en viss verdi og at det øyeblikk der spenningen på porten 9 passerer den på anoden er en funksjon av konduktiviteten i rommet mellom elektrodene E3 og E4 samt verdien av motstandene R2 og R3. Dette fører til at med tiden varierer konduktiviteten mellom E3 og E4 som følge av hurtig forsvinnen av ionene på grunn av en inntreden i kammeret 4 av partikler som oppstår for eksempel i løpet av en brann og utladningsf rekvensen for buen mellom E^ og E2 øker. Man oppnår således et bekvemt hjelpemiddel for å påvise forurensning i miljøet som omgir kammeret 4.

Figur 2 viser med Vg kurven for reduksjonen av spenningen på porten 9 som fører til den brå kontakt ved Z^ når anodespenningen, representert med Vj^ passerer verdien V^ for spenningen Vg på porten 9. Spenningen V^2 på katoden 12 stiger likeledes brått ved øyeblikket t± og synker deretter Inntil øyeblikket t2. Kondensatoren C^ opplades på ny og cyklusen begynner igjen.

Man har i figur 3 vist en følge av impulser for styring av den elektriske bue som provoserer ionisering i kammeret 4 samt kurven for konduktiviteten 13 som funksjon av tiden under detektering av en viss forurensning som man videre påviser med frekvensen av impulsene V^2 til styringen av buen mellom elektrodene E^ og E2. Et alarmsignal av en hvilken som helst type kan utløses ved hjelp av innretningen 30 vist i figur 4. Denne kan for eksempel omfatte en krets for detektering av manglende pulser av kommersielt kjent type, for eksempel av typen "Philips 555", og som man kan forbinde med elementene som er vist i figur 1 ved å forbinde inngangen 25 i detekteringskretsen med kontakten 3 i kretsen i figur 1. Utgangen 24 i detekteringsinnretningen 30 er forbundet med en hvilken som helst ønsket alarminnretning 31 slik at når pulsene har en avstand som i figur 3, før økning av konduktiviteten, gir kretsen 30 en normal respons mellom A og B. Mellom punktene B og C medfører imidlertid økningen av impulsfrekvensen Vi2 et signal i utgangen 24 i detekteringsinnretningen 30. Forbindelsen 32 til alarminnretningen 31 utløser således enhver innretning. Utløsningssignalet ved 24 forsvinner ikke før man har' kommet tilbake til den opprin-nelige frekvens ved C.

En variant av styringskretsen for signalet er vist i figur 5. I denne variant er forbindelsespunktet 14 for motstandene R2 og R3 forbundet på den ene side direkte med den negative inngang til en operasjonsforsterker 15 og på den andre side med den positive inngang til forsterkeren 15 via en krets som består av dioden D2 og forsinkelseslinjen bestående av motstanden R4 og kondensatoren C3. Man har i figur 6 vist kurven 16 for reduksjonen av konduktiviteten i det vanlige miljø som ionedetektoren overvåker og med 17 kurven for spenningsfallet ved inngangen til kretsen R4, C3 som funksjon av tiden idet denne krets; på forhånd er regulert slik at verdien for spenningen som: representeres av kurven 17 til enhver tid er under den som representeres av kurven 16. Spenningen som representeres av kurven 17 tjener som referanseterskel og tillater, når partikler trenger inn i kammeret 4 og medfører en reduksjon av antall ioner i rommet mellom E3 og E4, styring av operasjonsforsterkeren 15, idet kurven for spenningen V^q f°r forbindelsespunktet 14 synker hurtigere enn den i kretsen R4 - C3. Spenningen på utgangen VQ til forsterkeren 15 kan benyttes for å styre enhver alarmkrets slik som for eksempel 31.

Den meget enkle krets for styring av signalene har den fordel at den er meget følsom og passer spesielt til å overvåke miljøer der fuktighet og temperatur er relativt konstante faktorer.

Når miljøet som skal overvåkes har en tendens til å gi variasjoner i fuktigheten og temperaturen som påvirker mobiliteten for ionene samt hurtigheten av deres forsvinnen, kan kretsen for styring av signalene erstattes av en innretning som vist i fig. 7 som tillater å sammenligne spenningen V^q målt på forbindelsespunktet 14 etter en på forhånd bestemt periode T^ etter kommandoen til buen som medfører ionisering, med den foregående verdi for denne spenning V^q som på forhånd var registrert. For dette formål blir spenningen V^q som er representativ for ledningen mellom elektrodene E3 og E4 sendt inn i operasjonsforsterkeren 18 som tjener som lmpedansetransformator slik at den samme kilde for spenningen V^q legges til klemmen 27 til en transistor 26 av MOS-typen der slukelektroden er forbundet ved 28 med den negative inngang av forsterkeren 20 og motstanden R5.

Styreelektroden 29 som styrer strømføringen i transistoren MOS 26 og som tjener som bryter er via 32 forbundet med forsinkerkretsen 23. Denne krets medfører en forsinkelse av transmisjonen T2 i figur 8 av signalet som utsendes av differansekretsene C7, R7. Dette signal kommer til forsterkeren ] 9 via kretsen C5, R5 og forsinkerkretsen 27 som introduserer forsinkelsen , vist i figur 8.

Når spenningen V^q er over en referanseverdi lagt på inngangen 21 til forsterkeren 19 gir denne en negativ impuls til kretsen 22 via differansekretsen C^ - 1*6. Denne impuls er i sin tur forsinket med tiden T2.

Dette resulterer i at når spenningen V^q ved hjelp av bryteren MOS 26 legges på klemmen 28 og på kretsen R5 - C5 og at hvis spenningen på kondensatoren C5 som representerer den gamle verdi for V^q» noe som er tilfelle med verdiene B og C i figur 8, er under den nye verdi V-^gt forblir utgangen 33 i forsterkeren 20 på verdien 0.

Når i motsetning til dette den gamle verdi av V-^g som representeres ved den til C5 er over den nye, noe som er tilfelle med verdiene E og A i figur 8, registreres den nye verdi av C5 og utgangen 33 til forsterkeren 20 gir et signal som sendes til en hvilken som helst alarminnretning slik som 31.

Det er således mulig med nøyaktighet like lett å analysere de totale variasjoner av reduksjonen av konduktiviteten i miljø som variasjoner som oppstår på grunn av forskjellige mobiliteter for ionene.

Claims (7)

1. Detektor for ioniseringsnivået for et gassformig medium av den type som omfatter et eneste kammer (4) i hvilket det er anordnet et første elektrodepar (Ej_, E2) mellom hvilke en elektrisk bue fremtvinger en ionisering av det gassformige medium, og et andre par elektroder (E3, E4) mellom hvilke konduktiviteten for gassmediet måles etter Ionisering fremtvunget av den elektriske bue, karakterisert ved at den omfatter: en utløsningskrets for den elektriske bue omfattende en motstand (Ri) og en kondensator (Ci) i serie påtrykket en konstant spenning idet det midtre punktet til kretsen (Ri, ) er forbundet med en primærvikling til en transformator ved hjelp av en tyristor (Z^), hvorved sekundærviklingen (7) til transformatoren er montert mellom de to elektroder (Ei og E2) i det første elektrodepar; en krets for måling av konduktiviteten i gassmediet omfattende en kondensator (C2) og to motstander (R3, R2) montert i serie mellom elektrodene (E3, E4) i det andre par; og en krets (10) montert mellom det felles punkt (14) for de to motstander (R3, R2) i målekretsen for konduktiviteten i gassmediet og portelektroden (9) for tyristoren (Zi) for utløsningskretsen for den elektriske bue, for å starte denne når anodespenningen (11) til tyristoren (Zi), som et resultat av ladningen på kondensatoren (Ci), passerer spenningen til portelektroden (9) for tyristoren (Zi), noe som resulterer i måling av konduktiviteten til gassmiljøet og som er representativ for reduksjonsgraden av ioner i kammeret.

2. Detektor ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrodene (E3, E4) for måling av konduktiviteten i gassmiljøet mates med en spenning fra sekundærviklingen (7) i transformatoren som er montert parallelt med kondensatoren (C2) 1 målekretsen via en diodemellomkobling (D^).

3. Detektor ifølge krav 2, karakterisert ved at den videre omfatter en innretning for signalgivning (31) av konduktivitetsfallet, styrt av en detektor (30) med variabel frekvens basert på ladningen av kondensatoren (C^) i utløsningskretsen.

4 . Detektor ifølge kravene 1 og 3, karakterisert ved at katoden (12) til tyristoren (Zj) er forbundet med en inngang (25) for detektoren (30) for variasjon av sekvensen av spenningen til kondensatoren (C^) i utløsnings-kretsen .

5 . Detektor ifølge krav 1, karakterisert ved at det felles punkt (14)for motstandere (R3, R2) til målekretsen for konduktiviteten til gassmiljøet er forbundet på den ene side direkte til den negative elektrode til en operasjonsforsterker (15) og på den andre side til den positive elektroden til operasjonsforsterkeren (15) ved hjelp av en krets (54,03) med motstand og kapasitet i parallell, noe som fører til en variabelt synkende spenning (17) under den teoretisk variable synkende spenning (16) som tilsvarer reduksjonen av ioniseringen i kammeret (4).

6. Detektor ifølge krav 1, karakterisert ved at det felles punkt (14) for de to motstander (R3, R2) i målekretsen for konduktiviteten for det gassformige medium på den ene side er forbundet med en hukommelse (C5) for en spenning (V^q) som er representativ for konduktiviteten mellom elektrodene (E3 og E4) for måling, og på den annen side med en styringsanordning (19) hvis utgang er utstyrt med to innretninger for tidsstyring (22, 23) som styrer tilgangen av spenningen (V^q) til hukommelsen (C5), og en operasjonsforsterker (20) som styrer en signalgiveranordning (31).

7. Detektor ifølge krav 6, karakterisert ved at tilgangen til spenningen (V^q) til hukommelsen (C5) styres av en MOS-transistor (26), benyttet for avbrytning og styring av styringsinnretningen (19) idet denne består av en operasjonsforsterker som på den ene side mottar en referanse-spenning (21) og på den annen side spenningen (V^ø) som er representativ for konduktiviteten mellom måleelektrodene (E3,E4).