DE1089193B - Gasanalyse- und Gaswarngeraet und Ionisationskammer fuer dieses Geraet - Google Patents

Gasanalyse- und Gaswarngeraet und Ionisationskammer fuer dieses Geraet

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DE1089193B DED27228A DED0027228A DE1089193B DE 1089193 B DE1089193 B DE 1089193B DE D27228 A DED27228 A DE D27228A DE D0027228 A DED0027228 A DE D0027228A DE 1089193 B DE1089193 B DE 1089193B
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Description

DEUTSCHES
Die Änderungen der Zusammensetzung von Gasen werden bei bekannten Einrichtungen mit Hilfe von Ionisationskammern überwacht. Das zu überwachende Gas wird durch die Ionisationskammer geleitet und durch eingebaute radioaktive Strahler ionisiert. In der Kammer sind außerdem mindestens zwei mit einer Potentialdifferenz versehene Elektroden untergebracht, zwischen denen infolge der Ionisierung des Gases ein von der Zusammensetzung dieses Gases abhängiger elektrischer Strom fließt. Die Stromänderungen werden zur Überwachung der Zusammensetzung des Gases ausgewertet.
Derartige Geräte werden häufig als Feuermelder verwendet. Bei der Überwachung entfernt liegender Räume muß ein Röhrensystem vorhanden sein, durch das das zu überwachende Gas den in einem Kontrollraum aufgestellten Geräten zugeführt wird. Zur Erzeugung der notwendigen Gasströmung werden Ventilatoren verwendet. Ist die erzeugte Strömung zu gering, so tritt eine Verzögerung des Ansprechens des Gerätes ein, die von der Zeit abhängt, die das Gas für die Bewegung von der Entnahmestelle bis zum Anzeigegerät benötigt. Wird zur Vermeidung dieses Nachteiles die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöht, so können Anzeigefehler insofern auftreten, als die veränderliche Stärke des Ionisationsstromes das Meßergebnis beeinflußt. Bei unterschiedlicher Beschleunigung des Gasgemisches kann ein unregelmäßiges Mitreißen der Ionen durch den Gasstrom auftreten. Dadurch ist die Anzahl der auf die Anode treffenden Ionen ebenfalls unterschiedlich, so daß der über die beiden Elektroden (Kathode und Anode) geleitete elektrische Meßstrom nicht mehr allein proportional der Zusammensetzung des Gasgemisches ist, sondern sich auch mit der Strömungsgeschwindigkeit des Gases ändern kann.
Weitere Schwierigkeiten bei derartigen Gaswarngeräten treten bei den entsprechenden Auswerteeinrichtungen des Meßergebnisses auf. Diese Auswerteeinrichtungen enthalten im allgemeinen Vakuumröhren, deren Gitter die zu messenden Potentialänderungen zugeführt werden. Die Potentialschwankungen sind aber so gering, daß ein etwa auftretender, wenn auch geringfügiger Gitterstrom das Meßergebnis verfälscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile bei einem Gasanalyse- und Gaswarngerät zu vermeiden.
Zur Lösung der ersten Aufgabe, nämlich die Stärke des Ionisationsstromes weitgehend konstant zu halten, ist erfindungsgemäß im Inneren der Kammer in Richtung der Gasströmung hinter der Anode ein Sperrgitter angeordnet, dessen Potential niedriger als das Potential der Anode mit Bezug auf die Spannung Gasanalyse- und Gaswarngerät
und Ionisationskammer für dieses Gerät
Anmelder:
S te. ä Responsabilite Limitee dite:
La Detection Electronique Frangaise
»D.E.F.«, Paris
Vertreter: Dipl.-Ing. A. Boshart
und Dipl.-Ing. W. Jackisch, Patentanwälte,
Stuttgart N, Am Kräherwald 93
Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 24. Oktober 19S7
Robert Guilleux, Chatülon-sous-Bagneux, Seine
(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden
an der Kathode gewählt ist. Der Abstand zwischen der Anode und dem Sperrgitter kann von außen einstellbar sein.
Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung ist im Inneren der Kammer eine zusätzliche Strahlungsquelle angeordnet, die einen der ursprünglichen Ionenfluß richtung entgegengesetzten Ionenstrom erzeugt. Bei der ersten Lösung wird ein Teil der mitgerissenen Ionen an dem Sperrgitter reflektiert, so daß ihre Anzahl auf der positiven Elektrode (Anode) konstant gehalten wird.
Bei der zweiten Lösung werden von dem durchströmenden Gas zwar auch von der Ausgangsquelle zuviel Ionen mitgerissen, die von der Anode nicht mehr aufgefangen werden können. Andererseits transportiert aber derselbe Gasstrom eine Anzahl Ionen von der zweiten Ionisationsquelle, und zwar in dem gleichen Maße, wie der ursprüngliche Ionisationsstrom verstärkt wird. In diesem Falle werden also die fehlenden Ionen durch weitere von der zweiten Quelle erzeugte Ionen ergänzt.
Die im Inneren der Ionisationskammer vorgesehene radioaktive Strahlungsquelle kann mit Hilfe eines Heizdrahtes elektrisch beheizt werden.
Zur Auswertung des Meßstromes werden bei bekannten Gaswarngeräten zwei Ionisationskammern in
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Reihe geschaltet, von denen die eine gesättigt ist. Mit Hilfe der verstellbaren Schraube 13 kann die Diese Reihenschaltung wird parallel an eine Gleich- Strahlungsquelle 12 mehr oder weniger verdeckt Spannungsquelle angeschlossen, und das Meßpotential werden, wodurch in an sich bekannter Weise eine wird an einer der beiden Kammern abgenommen. Um Regelung der Strahlungsstärke ermöglicht wird. Die eine Beeinflussung des Auswertekreises von dem 5 Stärke der Strahlung wird bekanntlich durch den eigentlichen Meßkreis zu vermeiden, ist erfindungs- Niederschlag von Feuchtigkeit auf der Emissionsgemäß eine mit mindestens zwei Gittern versehene schicht beeinflußt. Zur Vermeidung der hierdurch entElektronenröhre vorgesehen, deren Kathode mit der stehenden Anzeigefehler wird eine Strahlungsquelle 12 negativen Klemme einer zusätzlichen Batterie und durch einen Heizdraht 14 elektrisch beheizt, der eine dem Abgriff eines der Gleichspannungsquelle parallel io Temperatur dieser Strahlungsquelle erzeugt, die etwas geschalteten Spannungsteiles verbunden ist; das erste höher als die Umgebungstemperatur ist.
Gitter der Röhre ist über ein Milliamperemeter mit Das Sperrgitter 11 erhält ein mit Bezug auf die der positiven Klemme der Batterie zur Erzeugung Anode 9 negatives Potential. Von diesem Gitter werden eines Gitterstromes verbunden; das zweite Gitter ist die von der Gasströmung mitgerissenen negativen an den Verbindungspunkt der beiden Ionisations- 15 Ionen abgestoßen, und die positiven Ionen des Raumes kammern angeschlossen, dessen Potential gegenüber werden aufgefangen. Auf diese Weise wird der Ionidem der Kathode negativ ist. sationsstrom zwischen den Elektroden 8 und 9 bei ver-
Es wird also ein über das erste Gitter fließender änderlichen Geschwindigkeiten der Gasströmungen Gitterstrom erzeugt, dessen Stärke durch das konstant gehalten. Zur Erzielung optimaler Betriebsschwankende negative Potential des zweiten Gitters 20 bedingungen ist die Potentialdifferenz zwischen der gesteuert wird. Diese Potentialschwankungen er- Anode 9 und dem Sperrgitter 11 wesentlich. Diese zeugen eine Änderung des elektrostatischen Feldes Potentialdifferenz wird durch Wahl einer geeigneten innerhalb der Röhre und damit eine Änderung des Form für diese beiden Elektroden bestimmt. Sie kann inneren Widerstandes der Gitter-Kathoden-Strecke. durch Änderung des Abstandes zwischen der Anode 9 Der Auswertekreis ist damit von dem Meßkreis völlig 25 und dem Sperrgitter 11 eingestellt werden. Zur Ändegetrennt. rung des Abstandes ist das Sperrgitter 11 in einer
Die Kathode kann mit einem die erste Ionisations- Gleitmuffe 15 angeordnet und mit Hilfe des Stiftes 16 kammer umgebenden elektrisch leitenden Mantel lei- in Längsrichtung der Kammer verschiebbar. Der tend verbunden sein. Auf diese Weise wird eine Ab- Stift 16 ist in einer spiralförmig verlaufenden Nut 17 schirmung der Kammer nach Art eines Faradayschen 30 geführt. Die bei einer bestimmten Gaszusammen-Käfigs erhalten. Setzung etwa noch auftretenden Schwankungen des
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in Ionisationsstromes liegen zwischen zwei Werten, die
den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele genügend weit von dem Wert der Strömungsgeschwin-
näher erläutert. Es sind dargestellt in digkeit des Gases entfernt liegen, so daß eine gegen-
Fig. 1 die Ionisationskammer gemäß der Erfindung 35 seitige Beeinflussung nicht auftreten kann,
im Schnitt (schematisch), die zweite Ionisations- Das Sperrgitter 11 kann durch den Draht einer
kammer, ebenfalls im Schnitt, sowie die zugehörige Glühlampe ersetzt werden.
Auswerteschaltung, Die Batterie 18 liefert die für die Elektroden der
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Ionisations- beiden Ionisationskammern notwendigen Spannungen,
kammer im Schnitt (schematisch). 40 Die Kathode 8 der Ionisationskammer 1 ist mit dem
Das in Fig. 1 dargestellte Gaswarngerät enthält eine negativen Pol dieser Batterie verbunden. Das Sperrionisationskammer 1, durch die das zu überwachende gitter 11 erhält über eine leitende Verbindung das-Gas in Pfeilrichtung strömt. Der Ventilator 3 dient selbe Potential. Die Anode 9 der Ionisationskammer 1 zur Verstärkung bzw. Regulierung der Gasströmung; ist über die Kathode 20 und die Anode 21 der Ioniin Reihe zu der Ionisationskammer 1 ist eine weitere 45 sationskammer 2 und über einen Vorwiderstand mit gesättigte Ionisationskammer 2 geschaltet. dem positiven Pol der Batterie verbunden. An dem
Der Ventilator 3 kann auch in dem zu über- Verbindungspunkt 19 der beiden Kammern entsteht wachenden Raum angeordnet sein und den Gasstrom infolge dieser Reihenschaltung ein Bezugspotential, durch ein mit der weiter entfernt liegenden Kammer 1 das mit den von den Ionisationsstromänderungen herverbundenes Kanalsystem dieser Kammer zuführen. 5° vorgerufenen Änderungen des aus der Batterie 18 er-Die Kammer 1 ist mit einem zylindrischen, elektrisch zeugten Meßstromes schwankt. Diese Potential wird leitenden Mantel 4 umgeben. Der Mantel 4 ist mit zur Messung ausgewertet. Durch die Reihenschaltung Erdpotential versehen und zu diesem Zweck mit der wird in bekannter Weise der Einfluß der Umgebungs-Kathode der Röhre 26; die einen Teil des noch zu be- temperatur und der Feuchtigkeit auf das zu überschreibenden _ Auswertekreises darstellt, verbunden. 55 wachende Gas für die Messung ausgeschaltet. Diese Die beiden Öffnungen der Ionisationskammer 1 sind Wirkung wird noch durch die temperaturabhängigen mit mechanischen Schutzgittern 5, 6 versehen. Inner- Widerstände 22, 23 unterstützt, deren Temperaturhalb des Zylinders 4 ist ein weiterer, aus Isolierstoff koeffizient negativ ist.
bestehender Zylinder 7 angeordnet, der die in der Die Auswerteschaltung besteht im wesentlichen aus Kammer befindlichen Elektroden 8 und 9 abstützt und 60 der Röhre 26, dem Instrument 31, den Transistoren zur Vermeidung vagabundierender elektrischer 35, 35', den Relais 37, 37' und Alarm- und Anzeige-Ströme dient, die infolge von im Schwebezustand im einrichtungen 40, 41 bzw. 40', 41'. Die Röhre 26 ent-Gas befindlichen Verunreinigungen auftreten können. hält zwei Gitter 28, 29. Von der Batterie 30 wird ein
An der die Kathode bildenden Elektrode 8 ist eine Gitterstrom über die Kathode 27 und das Gitter 28 er-
Strahlungsquelle 12 angeordnet, die mit einem 65 zeugt, der durch die Spule des Milliamperemeters 31
α-Teilchen emittierenden Radiumsalz überzogen ist. fließt. Der negative Pol der Batterie 30 ist mit der
Die als Anode dienende Elektrode 9 ist auf einem Iso- Anzapfung eines der Batterie 18 parallel geschalteten
lierträger 10 befestigt. Hinter der Anode 9 (in Rieh- Spannungsteiles verbunden. Zwischen diesem Punkt
tung der Gasströmung gesehen) ist das Sperrgitter 11 und dem Verbindungspunkt 19 der beiden Ionisations-
angeordnet. 70 kammern liegt die zu messende bzw. auszuwertende
Potentialdifferenz. Der Punkt 19 wird mit dem Gitter 29 der Röhre 2G verbunden. Die Röhre 26 kann im übrigen in beliebiger bekannter Weise ausgeführt sein.
Das am Punkt 19 bzw. dem Gitter 29 liegende negative Potential erzeugt im Falle einer Schwankung eine Änderung des elektrostatischen Feldes innerhalb der Röhre und damit eine Änderung des Innenwiderstandes der Gitter-Kathoden-Strecke. Die Stärke des Gitterstromes wird daher entsprechend den Potentialschwankungen am Gitter 29 gesteuert. Der Aufwertekreis mit dem Milliamperemeter 31 und den zugehörigen Überwachungs- und Anzeigeteilen ist daher von dem eigentlichen, durch die Reihenschaltung der beiden Ionisationskammern gebildeten Meßkreis vollständig getrennt, so daß eine gegenseitige Beeinflussung nicht stattfinden kann.
Für einen angenommenen Normalzustand des zu kontrollierenden Gases wird das Milliamperemeter 31 auf den Wert Null gestellt, und zwar durch Einstellung der regelbaren Batterie 30. Wird nun beispielsweise das durch die Kammer 1 strömende Gas von Rauch durchsetzt, so erhöht sich der innere Widerstand dieser Kammer. Damit steigt das Potential am Punkt 19, und der Güterstrom der Röhre 26 nimmt zu. Damit schlägt der Zeiger des Instruments nach rechts aus und schließt bei einem vorgegebenen Wert den Kontakt 32.
Der Kontakt 32 ist mit der Basis 34 eines Transistors 35 verbunden, die über einen Widerstand negativ vorgespannt ist. Das Kollektorpotential ist negativer gewählt als das Basispotential, während der Emitter 33 positiv vorgespannt ist. Der Transistor 35 führt also normalerweise einen Kollektorstrom, der die Wicklung 37 eines Relais durchfließt. Berührt nun der mit einer positiven Spannung versehene Zeiger des Instruments 31 den Kontakt 32, so wird die Basis 34 des Transistors 35 positiv und der Transistor damit gesperrt. Hierdurch schließen die Ruhekontakte 38, 39 das Relais, und es wird ein Strom über die Alarmeinrichtung 40 und die Anzeigeeinrichtung 41 erzeugt. In gleicher Weise werden über den Transistor 35' ein Alarm und eine Anzeige ausgelöst, wenn der Zeiger des Instruments den Kontakt 32' berührt.
Bei Fehlern des Auswertekreises, z. B. bei Unterbrechung des Gitterstromes oder Ausfall eines Transistors, werden ebenfalls ein Alarm und eine Anzeige ausgelöst und damit eine Selbstüberwachung des Auswertekreises erzielt.
Mit Hilfe des Druckknopfes.42 kann der Auswertekreis außer Betrieb gesetzt werden. In diesem Fall erhält der Zeiger negatives Potential, und die Anzeige wird unterbrochen. Eine Abschaltung des positiven Potentials vom Zeiger ist daher zur Außerbetriebsetzung nicht notwendig.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Ionisationskammer 1 dargestellt. Die Kammer ist symmetrisch aufgebaut. Zu beiden Seiten der Anode 9 sind je zwei Strahlungsquellen24a, 24& bzw. 25 a, 25b angeordnet. Die Emissionsströme der beiden Strahlungsquellen eines Strahlerpaares sind entgegengesetzt gerichtet. Wenn durch die Kammer ein Gasstrom in Richtung des Pfeiles f1 geleitet wird, so können zwar auch zuviel Ionen mitgerissen werden, die von der Anode nicht mehr aufgefangen werden. Derselbe Gasstrom transportiert aber eine Anzahl Ionen von der zweiten Ionisationsquelle, und zwar im gleichen Maße, wie der ursprüngliche Ionisationsstrom verstärkt wird. Die fehlenden Ionen werden daher durch weitere, von der zweiten Quelle erzeugten Ionen ergänzt. Durch den symmetrischen Aufbau wird erreicht, daß die Kammer von beiden Seiten von Gas durchströmt werden kann, wobei in beiden Fällen eine befriedigende Anzeige ermöglicht ist. Diese Kammern können insbesondere in großen Lagerhallen verwendet werden, in denen der Gasstrom indifferent sein kann.
Das Gerät kann entweder tragbar ausgebildet sein oder in eine zentral angeordnete Überwachungseinrichtung eingebaut werden, die mit einem Drehverteiler versehen ist. Es können daher laufend Kontrollen der Atmosphäre verschiedener Räume mit einer einzigen Vorrichtung vorgenommen werden. Beim Einbau in eine zentrale Überwachungseinrichtung kann zur Aufrechterhaltung der Strömung ein einziger Ventilator verwendet werden.
Die elektrische Auswerteeinrichtung kann in mehrfacher Ausführung vorgesehen sein, so daß ein Raum, in dem sich eine Ionisationskammer befindet, von verschiedenen Stellen aus überwacht werden kann. Werden verschiedene komplette Geräte in verschiedenen Räumen eingebaut, so kann die Signalisierung an eine zentrale Überwachungsstelle weitergeleitet werden. Die Konzentration der Gasbestandteile kann dann jeweils in einem Diagramm aufgenommen werden. Auf diese Weise können die Abgase von Kesseln, Verbrennungsmaschinen, Motoren oder Reaktor-Versuchsstationen überwacht werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Gerät kann auch eine Überwachung von Verunreinigungen der Atmosphäre durchgeführt werden, beispielsweise in Straßentunneln, die gegebenenfalls zwangsgelüftet sind, Bergwerken (schlagende Wetter) und Räumen, die verschiedene, unter Druck stehende Gasapparaturen usw. enthalten.
Die Vorrichtung kann auch zur Feststellung eines bestimmten Gases in einem bestimmten Raum verwendet werden, beispielsweise der Luft in einer wasserstoffgekühlten Wechselstrommaschine.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Ionisationskammer mit eingebautem radioaktivem Strahler für Gasanalyse- und Gaswarngeräte mit einer Einrichtung für konstante Ionisationsströme, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Kammer (1) in Richtung der Gasströmung hinter der Anode (9) ein Sperrgitter (11) angeordnet ist, dessen Potential niedriger als das Potential der Anode (9) mit Bezug auf die Spannung an der Kathode (8) gewählt ist.
2. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Anode (9) und dem Sperrgitter (11) von außen einstellbar ist.
3. Ionisationskammer mit eingebautem radioaktivem Strahler für Gasanalyse- und Gaswarngeräte mit einer Einrichtung für konstante Ionisationsströme, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Kammer (1) eine zusätzliche Strahlungsquelle (24 a) angeordnet ist, die einen der ursprünglichen IonenfLußrichtung entgegengesetzten Ionenstrom erzeugt.
4. Ionisationskammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (1) zwei weitere Ionisationsströme entgegengesetzter Richtung erzeugende Strahlungsquellen (25 b, 25 a) vorhanden sind und daß die Anode (9) zwischen diesen beiden Strahlerpaaren (24a, 24 & bzw. 25 a, 25 V) angeordnet ist.
5. Ionisationskammer nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2 oder nach Anspruch 3 oder
den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktive Strahlungsquelle (12) mit Hilfe eines Heizdrahtes (14) elektrisch beheizt wird.
6. Gasanalysegerät, insbesondere Gaswarngerät, unter Verwendung einer Ionisationskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zu der ersten eine weitere gesättigte Ionisationskammer in Reihe geschaltet ist und bei dem diese Reihenschaltung parallel an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und einen Spannungsteiler bildet, an dessen einem Element die Meßspannung abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Meßspannung eine mit mindestens zwei Gittern (28, 29) versehene Elektronenröhre (26) vorgesehen ist, deren Kathode (27) mit der negativen Klemme einer zusätzlichen Batterie (30) und der Anzapfung eines der den Meßstrom erzeugenden Gleichspannungsquelle (18) parallel geschalteten Spannungsteilers verbunden ist, daß das erste Gitter (28) der Röhre (26) über ein Milliamperemeter (31) mit der positiven Klemme der Batterie (30) zur Erzeugung eines Gitterstromes verbunden ist und daß das zweite Gitter (29) der Röhre (26) an den Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern (1, 2) angeschlossen ist, der ein gegenüber der Kathode (27) negatives Potential aufweist.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Milliamperemeter (31) an den beiden Skalenenden mit Kontakten (32, 3') versehen ist, die an die negativ vorgespannte Basis (34 bzw. 34') je eines normalerweise in geöffnetem Zustand befindlichen Transistors (35, 35') angeschlossen sind, und daß der Zeiger des Instrumentes (31) an positives Potential gelegt ist, das beim Anschlag des Zeigers an einen der beiden Kontakte (32 bzw. 32') an die Basis (34 bzw. 34') des entsprechenden Transistors gelegt wird und diesen sperrt.
8. Gerät nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorstromkreisen der Transistoren (34, 34') Relais (37, 37') angeordnet sind, deren Kontakte (38, 39 bzw. 38', 39') bei Ausfall des Kollektorstromes einen Anzeige- und/oder Alarmstromkreis schließen.
9. Gerät nach Anspruch 6 oder den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (27) der Röhre (2.6) elektrisch leitend mit einem die Ionisationskammer (1) umgebenden elektrisch leitenden Mantel (4) verbunden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 657 548;
schweizerische Patentschrift Nr. 199 517;
»Elektronik« (1957), S. 205 bis 207.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 009 607/18+ 9.60
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