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Indikator für Widerstandsänderungen mit nachgesckalteter Alarmeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Indikator für X derstandsänderungen, bestehend
aus mindestens einet Änderungen von physikalischen Größen in Widerstandändengen
umsetzenden Geber, mindestens einem mit dem Geber verb-mderXen Schwellwertverstärker
sowie mindestens einer dem Schwellwertverstärker nachgeschalteten Alarmeinrichtung.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verwendung des Indikators
zur Überwachung von physikalischen Grossen, die sich in Form von Widerstandänderungen
an den Klemmen eines auf die genannten Größen ansprechenden Gebers detektieren lassen.
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Zur Überwachung von physikalischen Grössen, z.P. Füllstand eines Behälters,
Vorhandensein von Brandgasen oder Rauch, Nebel etc., sind eine Reihe von Einrichtungen
bekannt geworden. Anhand eines sogenannten Feuerwarngerätes, wie es beispielsweise
in der CH-FS 437 056 beschrieben ist, wird nachstehend das derartigen Einrichtungen
zugrunde liegende Prinzip erläutert: An den Eingang eines Schwellwertverstärkers
ist eine Ionisationskammer angeschlossen, welche mit der überwachenden Atmosphäre
in Verbindung steht. Der Ausgang des Schwellwertverstärkers ist mit einer Alarmeinricntung
verbunden. Ändert sich das Ionisationsvermögen beispielsweise durch Anwesenheit
von sichtbaren oder unsichtbaren Verbrennungsprodukten, so äussert sich dies in
einer Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen den beiden Klemmen der Ionisationskammer.
Diese Widerstandänderung hat wiederum das Ansprechen des Schwellwertverstärkers
zur Folge, der dann die Alarmeinrichtung auslsst.
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Nachteilig an diesen Einrichtungen ist, dass sie eine geringe Ansprechempfindlichkeit
aufweisen, so dass beispielsweise im Falle von Feuerwarngeräten Schrellbrände nicht
immer rechtzeitig erfasst werden können. Das Erhöhen der Ansprechempfindlichkeit
ist meist nicht möglich, da derartige Massnahmen die Gefahr eines Fehl al armes
erheblich vergrossern,
Ein weiterer Nachteil der bekannten Geräte
ist darin zu sehen, dass sie - wenn überhaupt - mit sehr aufwendigen, meist getrennt
bedienbaren Überwachungseinrichtung versehen sind. So wird beispielsweise in dem
Fall des oben genannten Feuerwarngeräts die Funktionstüchtigkeit des Gerätes dadurch
überprüft, dass in dem zu überwachenden Raum ein Braniversuch durchgeführt wird.
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Bei einem anderen aus der CH-PS 468 683 bekannten Feuerwarngerät,
das ebenfalls mit einer Einrichtung zur Überprüfung seiner Funktionstüchtigkeit
versehen ist, wird mittels eines separaten Schalters ein Rückkopplungsvorgang eingeleitet,
welcher zwischen den Eingangsklemmen des Schwellwertverstärkers eine Widerstand-
oder Stromänderung hervorruft, der den Schwellwertverstärker durchsteuert, welcher
seinerseits eine nachgeschaltete Alarmeinrichtung betätigt. Durch einen weiteren
Schalter wird dieser Probealarm wieder beendet, das Feuerwarngerät ist wieder funktionsbereit.
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Während sich diese bekannte Einrichtung zur Überprüfung der Funktionsbereitschaft
mit relativ einfachen Mitteln realisieren lässt, haftet ihr doch der schwerwiegeAde
Nachteil an, dass erst durch eine gevollte Einwirkung'von aussen Fehler erkennbar
werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Indikator zu schaffen, der die
geschilderten Nachteile nicht aufweist, der sich ohne Einwirkung von außen ständig
auf seine Funktionsbereitschaft hin überprüft und sich gleichzeitig durch einfachen
Aufbau, hohe Ansprechempfindlichkeit und Zuverlässikeit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur selbsttätigen
Überwachung des Indikators eine vom Ausgang des Schwellwertverstärkers auf dessen
Eingang wirkende Rückkopplungsanordnung und eine dem Schwellvertverstärker nachgeschaltete
Auswertevorrichtung zur Alarmgabe vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß sind derartige Indikatoren zur Überwachung von physikalischen
Größen, die sich in Form von Widerstandsänderungen zwischen den Klemmen eines auf
die genannten Grössen ansprechenden Gebers detektieren lassen, vorgesehen.
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Eine bevorzugte Verwendung des Indikators nach der Erfindung erfolgt
in Feuerwarngeräten bzw. lonisationsineldern, bei denen der Geber eine Ionisationskammer
ist.
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Eine weitere bevorzugte Verwendung finden erfindungsgemäße Indikatoren
in Einrichtungen zur Überwachung von Füllständen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine zum Stand der Technik zählende
Schaltungsanordnung eines Feuerwarngeräts, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Indikators nach der Erfindung, Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Indikators unter Verwendung einer inte-grierten Schaltung, Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Indikators nach.
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der Erfindung als Variante zu den in den Figuren 2 und 9 dargestellten
Anordnungen, Fig. 5 eine Zusammenschaltung von mehreren parallel geschalteten, sich
gegenseitig und selbsttätig überwachenden-Einzel indikatoren, Fig. 6 eine Zusammenschaltung
von mehreren in Serie geschalteten, sich gegenseitig und selbsttätig überwachenden
Einzelindikatoren, Fig. 7 eine Ausführungsbeispiel einer Auswerteeinrichtung, Fig.
8 ein Ausführungsbeispiel eines Indikators nach der Erfindung zur Ueberwachüng von
Füllständen, Fig. 9 eine Abwandlung der in Fig. 8 dargestellten Indikatoranordnung,
Fig.lO eine weitere Abwandlung eines Indikators nach der Erfindung zur Ueberwachung
von Temperaturen.
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In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Indikator für Widerstandsänderungen,
ein sogenannter Ionisitionsmelder, beispielsweise dargestellt. Er besteht aus einem
Aenderungen in Widerstandänderungen in Widerstandsänderungen zwischen seinen Klemmen
umsetztenden Geber 1, einem Schwellwertverstärker V5 und einer Alarmeinrichtung
A. Der Geber ist beispielsweise eine Ionisationskammer. Diese besteht aus einer
radioktiven Strahlenquelle 2, z.B. eine Americium-241- oder eine Cäsium-137-Quelle,
geringer Dosisleistung. Diese Quelle ist auf einer gleichzeitig als Elektrode 5
dienenden Trägerplatte angeordnet. Dem Strahler gegenüber ist eine Elektrode 4 vorgesehen.
Beide Elektroden bilden die Klem.nen des Gebers 1.
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Der Schwellwertverstärker Vs ist zweistufig aufgebaut. Er weist einen
als Source-Stufe geschalteten Metalloxid-Feldeffekt-Transistor 5, im folgenden MOS-FET
genannt, mit Gate-Ableitwiderstand 6, Drain-Widerstand 7 und Source-Widerstand 8
auf. Die Basis des nachfolgenden Transistors 9 ist galvanisch mit dem Drain-Anschluss
des MOS-FET 5 verbunden.
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Im Kollektorkreis des Transistors 9 liegt ein Relais 10, dessen Spule
von einer Freilaufdiode 11 überbrückt ist. Das Relais 10 weist einen Umschaltkontakt
12 auf. Mittels dieses Kontakts kann eine Alarmeinrichtung A, in diesem Fall ein
Glühlampenpaar 15,14 eingeschaltet werden.
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Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Ionlsationsmelders geht aus
folgendem hervor: Nach Anlegen der Betriebs spannung UB wandern - bedingt durch
durch die Ionisation - Elektroden zur 31Elektrode 4, die Ionen zur Elektrode 3.
Es fliesst ein Strom, welcher einen Spannungsabfall über dem Gate-Widerstand 6 zur
Folge hat. Ist der Spannungsabfall an diesem Widerstand 6 genügend gross, so wird
der MOSFET durchgesteuert, wodurch wiederum der Transistor 9 ebenfalls durchgesteuert
wird.
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Als Folge davon zieht Relais 10 an und betätigt den Umschaltkontakt
12. Lampe 13 leuchtet auf.
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Ändert sich die Ionisation in der Ionisationskarmer, beispielsweise
durch Brandgase oder Rauchpartikel, so vermindert sich der Stromfluss durch die
Ionisationskammer 1 bzw. durch den Gate-Widerstand 6. Unterhalb eIner bestimmt ten
Spannung über dem Gate-Widerstand sperrt der MOSFET 5, das Relais 10 fällt ab und
legt die Lampe 14 an die Betriebsspannung UB.
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E-ne Verschlechterung des Isolationswiderstandes in dem Geber 1, der
Ionisationskammer, oder ein Defekt der Transistoren 5 und/oder 9 tritt beim Normalbetrieb
eines solchen Ionisationsmelders nicht in Erscheinur.g und kann in der Regel erst
beim Brandversuch festgestellt werden. Andererseits kann durch Veränderung der elektrischen
Parameter der Schaltung ein Fehl al arm ausgelöst werden.
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Um diesen Mangel zu beheben, wird die in Fig. 1 dargestellte Schaltung
durch Mittel zur selbsttätigen überwachung in Form einer Rückkopplungsschaltung
erweitert.
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Dies ist in der Schaltungsanordnung der Fio, 2 beispielsweise dargestellt.
In den Figuren 1 und 2 sind gleiche Teile mit denselben Eezugszeichen versehen.
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Gegenüber der Anordnung der Fig. 1 unterscheidet sich die in Fig.
2 dargestellte Indikatoranordnung durch eine aus einem RC-Glied, Widerstand 15 und
Kondensator 16, bestehende Rückkopplung vom Ausgang des Schwellwertvesta'rkers auf
den Eingang desselben. Diese Rückkopplung wird durch das Relais 10 bewirkt, dessen
Schaltkontakte bei Erregung den Widerstand 15 des RC-Gliedes an Massepotential oder
an eine gegenüber der Betriebsspannung noch negativere Spannung U legen. Im nicht
erregten Zustand ist der genannte Widerstand über den Schaltkontakt 12 an U3 gelegt.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2 geht aus folgendem
hervor: Beim Anlegen der Betriebsspannung UB steigt die Spannung am Kondensator
16 und damit auch an den Klemmen des Gebers 1 nach dem Exponentialgesetz an. Die
Anstiegsgeschwindigkeit ist durch das RC-Glied 15, 16 definiert. Dieser Spannungsanstieg
dauert solange an, bis die Gate-Spannung am MOSFET ausreicht, diesen durchzusteuern.
Als Folge davon steuert auch Transistor 9 durch, das Relais 10 zieht an.
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Der Schaltkontakt 12 des Relais 10 legt das schalterseitige Ende des
Widerstandes 15 an Masse oder an die oenannte negative Spannung U , wodurch der
Kondensator 16 über diesen Widerstand entladen wird. Unterschreitet die Spannung
an den Platten dieses Kondensators einen bestimmten Wert, fällt das Relais 10 wieder
ab, der Aufladevorgang des Kondensators beginnt von neuem. Am Kollektor des Transistors
9 entsteht eine annähernd rechteckförmige Spannung mit einer Amplitude von annähernd
UB. Die Frequenz dieser Spannung wird im wesentlichen von der Zeitkonstante des
aus dem Widerstand 15 und Kondensator 16 bestehenden RC-Gliedes bestimmt. Diese
zwischen Kollektor des Transistors 9 und Masse oder U3 abgreifbare Spannung Ug gibt
in eindeutiger Weise Aufschluss über die Funktionstüchtigkeit des Indikators und
über Veränderungen des Ionisatiönsvermögens innerhalb der Ionisationskammer 1.
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Es können im wesentlichen vier unterschiedliche Zustände des Indikators
auftreten: a) Die Ausgangs spannung Ug hat eine Amplitude von annähernd ihre Frequenz
entspricht dem durch das RC-Glied bestimmten Sollwert, b) die Frequenz der Ausgangsspannung
U weicht von diesem Sollwert" ab, c) die Ausgangsspannung U9 ist keine Wechselspannung
mehr, ihre Amplitude beträgt annähernd Ug,
d) die Amplitude der
Ausgangsspannung U9 ist auf annähernd die Restspannung des Transistors 9 gesunken,
es sind keine Schwingungen mehr feststellbar.
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Im Fall a) ist der Indikator funktionsbereit, das Ionisationsvermögen
in der Ionisationskammer 1 hat sich praktisch nicht verändert.
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Im Fall b) ist die Funktionsbereitschaft des Indikators nicht mehr
zu 100 Prozent gegeben. Es haben sich aktive oder passive Komponenten des Indikators,
seine versorgungs spannung U3 oder andere Grössen verändert, die eine Überprüfung
notwendig machen.
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Im Fall c) ist der Indikator defekt.
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Im Fall d) ist der Transistor 9 durchqesteuert venegms oder Rauchteilchen
in der Ionisationskmmer haben den Ir dikator zum Ansprechen gebracht.
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Zur Unterscheidung der geschilderten vier Betriebszustände der Indikators
kann neben der Kollektorspannung des Transistors 9 auch die Spannung U16 zwischen
den Platten des Kondensators 16 herangezogen werden. Auch diese Spannung U16 ist
eine Wechselspannung mit einer durch das iC-Glied 15,16 definierten Frequenz, jedoch
kleinerer Amplitude als die am Kollektor des Transistors 9 abgreifbare Wechselspannung.
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Darüberhinaus vermittelt die genannte Spannung U16 eine weiteure,
für die Funktionstüchtigkeit und Ansprechempfindlichkeit des Indikators charakteristische
Information.
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Wie vorstehend erwähnt, ist diese Spannung eine annähernd rechteckförmige
Wechselspannung mit durch das RC-Glied 15, 16 definierten Frequenz. Im Gegensatz
zur Spannung am Kollektor des Transistors 9 schwankt diese Spannung U16 zwischen
folgenden zwei Gleichspannungspegeln-U1 und U2: U1: Ist der Widerstand 15 mit der
Versorgungsspannung UB verbunden, so lädt sich der Kondensator 16 über den genannten
Widerstand auf, solange, bis die Spannung über dem Gate-Widerstand 6 den MOS-FET
5 durchsteuert. Dieser Spannung am Gate entspricht eine bestimmte Spannungüber dem
Kondensator, da der Widerstand 15, die Ionisationskammer 1 und der Gate-Widerstand
eine Spannungsteilerkette zwischen UB und Masse bilden.
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U2: Nach dem Durchsteuern des MOS-FET 5 zieht das Relais 10 an und
der Widerstand 15 wird mittels Schalter 12 an U gelegt.
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Die Entladung des Kondensators 16 über den Widerstand 15 dauert so
lange an, bis die Spannung am Gate des MOS-FET 5 nicht mehr ausreicht, diesen durchzusteuern.
Im Zeitpunkt des Sperrens dieses MOS-FET liegt eine bestimmte Spannung zwischen
den Platten des Kondensators 16. Diese unterscheidet sich von dem oben definterten
Spannungspegel U1, bedingt durch die Hysteresis
des Schwellwertverstärkers,
in ganz bestimmter Weise. In dem dargestellten Ausführungsbei spiel ist dieser Pegel
U2 kleiner als der Pegel U1.
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Die beiden Pegel U1 und U2 sind ein Mass für die Funktionstüchtigkeit
und Ansprechempfindlichkeit des Indikators. Dies geht aus folgendem hervor: Aendert
sich aus irgend einem Grunde der Wert des Widerstandes 6, die Betriebsspannung,
die Ansprechschwelle des Schwellwertverstärkers oder dergleichen, so wirkt sich
dies uXlittelbar auf die genannten Pegel aus, da sich dann ebenfalls das Spannungsteilerverhältnis
der Spannungsteilerkette 15, i, 6 andert. Somit kann neben der Spannung am Kollektor
des Transistors 9 auch die Spannung U16 zwischen den Platten des Kondensators 16
auf die noch zu beschreibende Weise weiterverarDeitet werden. Im letztgenannten
Fall ist es jedoch zwec'Kmässig, nicht direkt die Spannung U16 einer meist räumlich
vom Indikator getrennten Auswerteeinrichtung zuzuführen, sondern einen Impedanzwandler
dazwischenzuschalten.
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Aus den obigen Darlegungen wird ein weiterer grosser Vorteil des vorgeschlagenen
Indikators deutlich: Der Arbeitspunkt des Indikators pendeln sozusagen stets um
seinen Bereich grösster Ansprechempfindlichkeit. Aenderungen der Dosisleistung der
Strahlenquelle oder sonstige, sich nachteilig auf die Ansprechschwelle
des
Indikators auswirkende Umgebungseinflüsse werden ausgeregelt.
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Bedingt durch die genannten Pendelungen,kommt man daher auch mit geringeren
Dosisleistungen der Strahlenquelle aus. Dies wiederum ermöglicht es, geringeren
Aufwand bei der Abschirmung der Strahlenquelle zu treiben.
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Ein mögliches Ausführungsbeispiel eIner Schaltungsanordnung zur Auswertung
der ein Mass für die Funktionsbereitschaft des Indikators nach Fig. 2 darstellenGn
Ausgangsspannungen Ug bzw. U16 ist in Fig. 7 dargestellt.
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Diese Auswerteschaltung besteht aus einem Schmitt-Trigger 17, dem
ein monostabiler Multivibrator 18 nachgeschaltet ist. An den Q-Ausgang des Multivibrators
18 scnliesst sich ein Tie£pass, bestehend aus dem Widerstand 19 und dem Kondensator
20 an. Die an den Platten des Kondensators 20 anliegende Spannung U20 kann an einem
Spannungsmesser 21 abgelesen werden. Vorzugsweise findet ein Spannungsmesser Verwendung
mit durch den Zeiger betätigten, au der Ableseskale verschiebbaren Schaltkontakten.
Über- oder unterschreitet die Spannung U20 definierte Werte, so werden die Kontakte
geschlossen und beispielsweise Alarmltmpell oder dergleichen eingeschaltet. Schmitt-Trigger,
monostabiler Multivibrator und auch derart aufgebaute Spannungsmesser sind bekannt
und werden nicht näher erläutert.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung geht aus folgendem hervor:
Entspricht die Spannung am Kollektor des Transistors 9 (Fig.2) bezüglich Amplitude
und Frequenz dem Sollwert (Fall a)), so schaltet der Schmitt-Trigger 17 bei jedem
Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes, der grösser
als
die Restspannung des Transistors 9 sein sol, durch.
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An seinem Ausgang entsteht ein L-Signal, welches den monostabilen
Multivibrator 18 setzt. Die Eigenzeit des monostabilen Multivibrators 18 soll kleiner
sein als cie-Periodendauer von Ug. Der Tiefpass 2C,19 integriert diese Ausgangsspannung
U18. An den Platten des Kondensators 20 biidet sich eine Spannung U20 aus, welche
den zeitlichen Mittalwert von U18 proportional ist. Die Anzeige am Instrument 21
ist ein Mass für die Frequenz dieser Spannung b18 und somit auch ein Mass für die
Frequenz der Spannung am Kollektor des Transistors 9.
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Unter- oder überschreitet die Frequenz dieser Spannung einen einstellbaren
Wert, so werden einer der beiden tontakte am Instrument 21 geschlossen.
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Erreicht die Amplitude der Spannung U 9nicht den zum Durchschalten
des Schmitt-Triggers 17 erforderlichen Wert, so verbleibt der monostabile Multivibrator
18 im Ruhezustand.
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Die Spannung am Kondensator 20 bleibt dann ebenfalls unter einem bestimmten
Wert. Auch dann wird mit-tels der Kontakte des Instriments 21 Alarmausgelöst.
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Ebenso löst ein andauerndes Gesetztsein des monostabilen Multivibrators
18 Alarm aus, wenn die Spannung U9 ständig oberhalb der Schwellspannung am Eingang
des Schmitt-Triggers 17 bleibt.
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Um nun. die beiden unter b) und d) geschilderten ustände des Indikators
unterscheiden zu können, d.h. zwischen Störung -des Indikators und tatsächlichem
Srans-usbruch unterscheiden zu können, wird folgendes vorgeschlagen: An den ersten
Eingang eines UND-Gliedes 23 wird urter Zwischenschaltung eines aus einem Widerstand
24 und eines Kondensators 25 bestehenden Tiefpasses wird der «-Rusgang des Schmitt-Triggers
17 angeschlossen, während der zweite Eingang des UND-Gliedes unter Zwischenschaltung
eines weiteren Tiefpasses 26,27 und eines Inverters 28 an den Q-Ausgang des monostabilen
Multivibrators 18 angeschlossen ist. In einer anderen Variante kann auch der Q-Ausgang
des monostabilen Multivibrators 18 unter Zwischenschaltung des Tiefpasses 26,27
an den genannten zweiten Eingang des UND-Gliedes 23 angeschaltet werden. Der Ausgang
des UND-Gliedes 23 kann eine weitere Alarmeinrichtuno 29' betätigen.
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Die beiden Tiefpässe 24,25 und 26,27 sind so auszulegen, dass bei
Ausgangssignalen des Schmitt-Triggers 17 und des monostabilen Multivibrators 18
die Spannungen an den Eingängen des UND-Gliedes 23 nicht ausreichen, dieses seinen
Ausgangszustand ändern zu lassen. Als weitere Variante können zwischen den genannten
Tiefpässen 24,25 und 26,27 jeweils ein Schmitt-Trigger 29 bzw. 30 geschaltet werden.
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Die oben beschriebene Auswerteschaltung ist lediglich als beispielhaft
anzusehen. Es ist dem auf diesem Gebiet angesprochenen
Fachmann
unter Verwendung bekannter Bausteine der Analog- und/oder Digital-Technik belassen,
eine jeweils für den gewünscnten Zweck geeignete optimale Auswerteeinrichtung zu
realisieren.
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In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Indikators nach
der Erfindung als Variante zu der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2 dargestellt.
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In diesem Ausführungsbeispiel findet eine integr~erte Schaltung, bestehend
aus einem Metalloxid-Felde£fekt-Transistor 31, einem bipolaren Transistor 32 und
einem zwischen Drain- bzw. Basis-Anschluss des MOS-FET bzw bipolaren Transistors
und dessen Emitteranschluss geschaltetem Widerstand 33 Verwendung. Eine derartige
integrierte Schaltung ist unter der Bezeichnung TAA 320 (Valvo) auf dem Markt erhältlich.
Durch ihre Verwendung gestaltet sich der Aufbau eines Indikators gemäss Fig. 2 besonders
einfach, da ihr Ausgangsstrom so gross ist, um ein Relais 34 zu erregen.
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Auch dieser Indikator ist mit einer Einrichtung zur selbsttätigen
Überwachung seiner Funktionsbereitschaft versehen.
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Diese unterscheidet sich doch von der im Zusammenhang mit der in Fig
2 beschriebenen Schaltungsanordnung durch eine andersartige Rückkopplung.
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Der Gate-Widerstand 15' ist nunmehr über einen durch das Relais 34
betätigbaren Schaltkontakt 35 mit Masse verbunden.
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Zwischen Gate-Anschluss des MOS-FET 31 und Masse liegt ein Kondensator
36. Die Ionisationskaer 1 liegt zwischen Gate-Anschluss und der Betriebsspannung
UB Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 geht aus folgendem hervor:
Kurz nach dem Anlegen der Betriebsspannung UB ist der MOS-FET 31 durchgesteuert,
ebenso der Transistor 32. Das Relais 34 ist erregt. Der als Ruhekontakt ausgebildete
Kontakt 35 trennt den Widerstand 15 von Masse. Am Kondensator liegt kurz nach dem
Anschalten der Betriebsspannung praktiscn die Spannung Null an. Bedingt durch den
endlichen Widerstand zwischen den Elektroden 3, 4 der Ionisatio :arner 1 steigt
die Spannung zwischen den Platten des Kondersators 36 langsam an. Erreicht diese
Spannung einen bestimmten Wert, so wird der MOS-FET 31 gesperrt, das Relais 34 fällt
ab und schliesst den Kontakt 35, wodurch der Konsensator 36 entladen wird. Das Relais
zieht wieder an und die oben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich. Am Kollektor
des Transistors 32 entsteht eine annähernd rechteckförmige Spannung U32, vergleichbar
mit der am Kollektor des Transistors 9 entstehenden Spannung U9 (Fig. 2). Diese
Spannung kann nun in der gleichen Weise'wie oben beschrieben mittels einer Fig.
7 entsprechenden Auswerteschaltung weiterverarbeitet werden.
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An die Stelle des Widerstandes 15' zwischen Gate-Anschluss
des
MOS-FET 31 und dem Schaltkontakt 35 des Relais 34 kann zwecknassigerweise eine weitere
Ionisationskammer treten. Diese muss derart gekapselt sein, dass in sie keine Brandgase
oder Rauchteilchen eindringen können.
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Selbstverständlich lässt sich diese Massnahme bei der in Fig. 2 beschriebenen
Schaltungsanordnung anwenden. Dort wäre der Widerstand 6 durch eine weitere Ionisationskammer
zu ersetzen.
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Die Verwendung von einer gekapselten und einer ungekapselten Ionisationskammer
zur Ausschaltung von gewissen Umgebungseinflüssen ist Stand der Technik und beispielsweise
in der CH-PS 297 463 eingehend beschrieben.
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Eine weitere Variante der in Fig. 3 dargestellten Anordnung besteht
darin1 anstelle von Widerstand 15' und Kontakt 35 einen durch das Relais oder einen
geeigneten Elektromgneten, der an die Stelle der Relaisspule treten kann, betätigten
Absorber zwischen Elektrode 4 und radioaktiven Strahler 2 vorzusehen. Der Absorber
wird dazwischen geschoben, wenn das Relais oder die Spule stromlos ist. Der Kondensator
36 entlädt sich dann infolge seines Isolationswiderstandes von selbst.
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Ein derartiger, allerdings getrennt bedienbarer Absorber kann im übrigen
bequem zur Kontrolle der Ansprechempfindlichkeit
der in den Figuren
2 und 3 dargestellten Indikatoren herangezogen werden. Bildet man den Absorber derart
aus, dass sich beim Einführen desselben das lonlsationsvermögen in der Ionisationskammer
auf die gleiche. Weise wie bei Anwesenheit von Brandgasen oder Rauchpartikeldefinierter
Konzentration ändert, so kann in einfacher Weise die Ansprechempfindlichkeit des
Indikators kontrolliert werden.
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Das Einführen derartiger Absorber kann auch, gesteuert durch eine
entsprechende Vorrichtung selbsttätig in regelmässigen Zeitabständen erfolgen. Mit
der Betätigung des Absorbers müsste zur Vermeidung von Fehlalarm während einer derartigen
Prüfung die eigentliche Alarmeinrichtung neutraliesiert werden. Dies kann durch
Umschalten des Ausgangs des Indikators gleichzeitig mit der Betätigung des Absorbers
erfolgen.
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Fig. 4 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindar. Der Widerstand
zwischen Gate-Anschluss des MOS-FEI 5 und Masse ist durch einen Kondensator 36 ersetzt,
die Ionisationskammer 1 ist über einen Widerstand 37 an ale Betriebsspannung UB
angeschlossen. An die Stelle des Ausgangstransistors 9 tritt nun ein aus den Transistoren
38 und 39 sowie den Widerständen 40, 40RJ..* geD11deteR Schmitt-Trigger. Die Ausgangsspannung
U39 kann am Kollektor des Transistors 39 abgegrlffen werden. Diese Ausgangsspannung
wird
über eine Zenerdiode 44 auf die Basis eines weiteren Transistors 45 geführt. Dieser
Transistor liegt paralel zu der aus lonisations-kammer 1 und Kondensator 36 bestehenden
Reihenschaltung.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 4 dargestellten Schz vuncsanordnung
geht aus folgendem hervor: Nach Anlegen der Betriebs spannung UB liegt zunächst
zwischen den Platten des Kondensators 36 die Spannung Null..
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Der MOS-FET 5 ist gesperrt. Der Kollektor des Transistors 39 des Schmitt-Triggers
liegt auf niedrigem Potential, welches praktisch durch das Spannungsteilervernaltnis
der Widerstände 40 und 42 bestimmt ist. Aufgrund des Potentials am Kollektor des
Transistors 39 ist der Transistor 45 gesperrt. Sein Kollektor liegt annähernd auf
U,-Potential.
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Bei normalen Verhältnissen wird nun der Kondensator 36 durch die bei
der~Ionisation in der Ionisationskammer 1 erzeugte Ladung aufgeladen. Die Spannung
am Gate-Anschluss -des MCS-FET 5 nimmt solange zu, bis diese ausreicht den MÖS-FET
5.
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durchzusteuern. Als Folge davon schaltet der Schmitt-Trigger um, das
Potential am Kollektor des Transistors 39. steigt, was wiederum den Transistor 45
durchsteuert. Aufgrund der 36 Eigenverluste des Kondensators entlädt sich dieser
wieder, bis die Spannung zwischen seinen Platten so gering ist, dass der MOS-FET
vom leitenden in den gesperrten Zustand übergeht. Dann wiederholt sich.der soeben
beschriebene Vorgang. Am Kollektor des Transistors .39, oder zwischen Kollektor
und
Emitter des Transistors 45 entsteht eine annähernd rechteckförmige Wechselspannung
mit den im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel
genannten Eigenschaften. Diese Spannung kann auf die gleiche Weise wie dort geschildert
verarbeitet werden.
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In Fig. 4 ist noch eine weitere Variante eines Indikators mit Schmitt-Trigger
beispielsweise veranschaulicht. Ersetzt man die links der strichpunktiert gezeicHne-ten
Linie aus Transistor 45 und Zenerdiode 44 bestehende Schaltungsanordnung durch eine,
bei der zwischen Zenerdiode 44 und der Basis des Transistors 45 ein weiterer Widerstand
46 sowie zwischen Basis und Masse ein weiterer Xcvde»,sator 47 geschaltet sind,
so wirkt die so abgewandelte Anordnung in ähnlicher Weise wie die oben beschriebene.
ie Änderung des Schaitzustandes des Schmitt-Triggers bewirkt dann eine, Aufladung
des Kondensators 47 solange, bis der Transistor 45 durchschaltet.
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Eine weitere (nicht näher dargestellte) Abwandlung der in Fig. 4 dargestellten
Schaltungsanordnung besteht darin, zwischen die Elektrode 4 und den radioaktiven
Strahler 2 eine auf Massepotential liegende Hilfselektrode, z.B. ein Gitter oder
eine Lochblende vorzusehen. Auf -diese Weise.
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wird der Entladevorgang des Kondensators 36 beschleunigt.
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Allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist das folgende
Prinzip; Dem Eingang des Schwellwertverstärkers wird mittels einer Art Rückkopplungschaltung
eine Eingangsgrösse zugeführt, welche den Schaltzustand in einen einem Alarmzustand
entsprechenden Zustand ändert, ohne primär Alarm auszulösen.
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Durch zeitbestimmende Glieder, z.B. RC-Glieder, wobei der oder die
Widerstände dieses RC-Gliedes durch den Geber selbst gebildet sein können, wird
dieser Zustand wieder aufgehoben. Es handelt sich dabei also um eine sch ingfähige
Anordnung allgemeinster Art. Die Kenngrössen dieser Schwingungen werden durch aktive,
passive oder andere Komponenten beeinflusst, oder die Anordnung hört unter bestimmten
Bedingungen auf zu schwingen. Diese Scfringungen, z.B. Frequenz oder Amplitude,
oder allein die Feststellung, ob eine Schwingung überhaupt stattfindet, werden erfindungsgemäss
benutzt,um die Funktionsbereitschaft bzw. Funktionstüchtigkeit des Indikators selbsttätig
zu überwachen.
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Während in den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen sogenannte
Ionisationsmelder im Mittelpunkt standen, soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels
eines Indikators gemäss der Erfindung dessen Anwendung zur selbsstätigen Überwachung
von.Füllständen bzw. Uberlaufsicherung erläutert werden. Dabei sollen nur die allerdings
nur geringfügigen Unterschiede zu Ionisationsmeldern aufgezeigt werden.
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Gleiche Teile sind in der Fig. 8 , die ein Ausführungsbeispiel eines
Füllstandmelders zeigt, mit denselben Bezugsziffern versehen wie in Fig. 2 bzw.
Fig. 4.
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In Fig. 8 tritt an die Stelle der Ionisationskammer ein Widerstand
48. Der Gate-Widerstand 6 ist durch ein Elektrodenpaar 49, dem Geber, ersetzt. Das
Elektrodenpaar ist gegeneinander isoliert in einer Tragplatte 50 befestigt und in
einen Behälter 51, dessen Füllstand überwacht werden soll angeordnet. Berührt die
Flüssigkeit beide Elektroden, so ändert sich der elektrische Widerstand an den Klemmen.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 8 dargestellten Anordnung wird nachstehend
erläutert.
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Nach Anlegen der Betriebsspannung UB ist zunächst das Pelais 10, das
einen Ruhekontakt 12' aufweist, abgefallen.
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Der Kondensator lädt sich über den Widerstand 15 auf. Dadurch steigt
auch die Spannung am Gate-Anschluss des MOS-FET 5 an bis dieser durchschaltet. Der
Ruhekontakt 12' öffnet sich und legt den Widerstand 15 an Masse oder eine negative
Spannung U . Der Kondensator 16 entlädt sich, wodurch die Spannung am Gate-Anschluss
sinkt, wodurch wiederum der MOS-FET 5 sperrt und den Kontakt 121 via Relais 10 schliesst.
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Dann beginnt dieser Vorgang von neuem.
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Erniedrigt sich der Widerstand zwischen den Elektroden 49 dadurch
dass diese mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, so kann der MOS-FET nicht mehr
in den leitenden Zustand übergehen. Der Kontakt 12' bleibt geschlossen.
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Die Anordnung schwingt nicht mehr. Bei der Dimensionierung dieser
Schaltungsanordnung ist zu beachten, dass am Gate-Anschluss des MOS-FET 5 und Niederonmigwerden
des Gebers eine kleine, zum Durchsteuern des MOS-FETnicht ausreichende Spannung
ansteht. Dies lässt-sich durch entsprechende Wahl der Widerstände 15 und 48 bewerkstelligen.
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Es empfiehlt sich den Widerstand als Trimmwiderstand auszubilden,
um unterschiedlichen Leitfähigkeiten der Flüssigkeiten Rechnung zu tragen.
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Im Gegensatz zu den eingangs be-schriebenen Ionisationsmeldern ist
hier in erster Linie das Aufhören der Schwingungen, die praktisch an jeder beliebigen
Stelle der Schaltungsanordnung inForm von annähernd rechteckförmigen Wechselspannungen
abgreifbar sind, ein Indiz für den Alarmzustand.
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Andererseits -sind Änderungen der Frequenz dieser Wechselspannung
ein Mass für die Funktionstüchtigkeit und können durch eine Auswerteschaltung der
beschriebenen Art detektiert werden.
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Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung zur selbsttätigen
Überwachung von Füllständen - sie. ist ebenso als Uberlaufsicherung verwendbar -
zeigt das breite Anwendungsfeld der der Erfindung zugrunde liegenden Idee. Es sei
jedoch
darauf hingewiesen, dass bei der in Fig. 8 dargestellten
Füllstandsüberwachungseinrichtung der Geber 49,50 nicht vollständig in aie selbsttätige
Ueberwachung mit einbezogen ist. Zwar lässt sich ein Kurzschluss in den Zuleitungen
sicher detektieren, nicht Jedoch ein Unterbruch.
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Auf welche Weise bei einer Füllstandüberwachungseinrichtung auch der
Geber hinsichtlich seiner Funktionstüchtigkeit und Ansprechempfindlichkeit erfasst
werden kann, wird nachstehend anhand des in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Zur Vereinfachung der Darstellungsweise ist der dort gezeigte Indikator
weitgehend schematisiert. Er besteht aus einem Geber 61, einem Schwellwertverstärker
V5 und einer dem Schwellwertverstärker nachgeschalteten Auswerteeinrichtung, z.B.
einer in Fig. 7 dargestellten Anordnung. Der Geber 61 entspricht dem aus der CH-PS
512 o60 bekannten Einrichtung.
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Ueberschreitet der Flüssigkeitsstand in dem Behalter 51 einen bestimmten,
einstellbaren Pegel, so ändert sich die Intensität des am Mantel des Kegelstumpfes
62 reflektierten, von einer Glühlampe 63 erzeugten Lichtes. Diese Intensitatsänderung
wird in einem lichtempfindlichen Element 64, s.B. einem Photowiderstand, in eine
Widerstandsänderung umgesetzt, welche ihrerseits den Schwellsertverstärker zum
Ansprechen
bringt. Durch das Ansprechen dieses Verstärkers wird dann eine Alarmeinrichtung
ausgelöst, Anstelle nun die Glühlampe 6) mit konstantem Strom zu versorgen, wird
sie durch vom Schaltzustand des Schwellwertverstärkers abhängige Stromimpulse gesteuert.
Zu diesem Zweck ist die Glühlampe über einen Widerstand 15 mit einem vom Relais
10 betätigten Umschalter verbunden, der in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schwellwertverstärkers
diesen Widerstand entweder mit dem einen oder mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung
U3 verbindet.
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Die Arbeitsweise der Anordnung gemäss Fig. 9 geht aus folgendem hervor:
Nach Anlegen der Betriebsspannung UB schaltet der Schwellwertverstärker V5 sofort
durch und legt mittels Relais 10 den Widerstand 15 an UB. Als Folge davon leuchtet
die Glühlampe 63 auf. Dies wiederum hat zur Folge, dass der Spannungsabfall am Photowiderstand
64 kleiner wird. Unterhalb einer bestimmten Spannung sperrt der Schwellwertverstärker
V5. Das Relais 10 fällt ab. Die Lampe erlischt. Als Folge davon wird der Schwellwertverstärker
Vserneut durchgesteuert, der soeben beschriebene Vorgang wiederholt sich. Am Ausgang
des Schwellwertverstärkers entstehen annähernd rechteckförmige Wechselspannungen,
deren Frequenz durch den Helligkeitsanstieg
der Glühlampe, sowie
durch die Trägheit des Photowiderstandes bestimmt ist.
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Die am Ausgang des Verstärkers oder auch an der Glühlampe abgreifbare
Wechselspannung ist ein Mass für die Funktionstüchtigkeit und die Betriebsbereitschaft
der Einrichtung.
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Die in Fig. 9 dargestellte Schaltungsanordnung eines Indiz kators
für Füllstandüberwachung lässt sich durch Variation des Gebers in einfacher Weise
auch zur Ueberwachung anderer physikalischer Grössen heranziehen.
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Eine unter vielen Möglichkeiten ist in Fig. 10 beispielsweise dargestellt.
Es handelt sich dabei um eine Tenperaturüberwachungseinrichtung.
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An die Stelle des Photowiderstandes 64 tritt ein Heissleiter 65. In
unmittelbarer Nähe des Heissleiters ist eine Wärmequelle 66, z.B. eine Glühlampe,
angeordnet. An die Steile der Glühlampe kann auch eine Heizwicklung, die den Heissleiter
teilweise umgibt treten.
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Bezüglich der Wirkungsweise dieser Einrichtung wird auf die vorstehenden,
im Zusammenhang mit Fig. 9 gemachten Ausführungen verwiesen. Wie oben beschrieben,
ist auch hier die Ausgangsspannung des Schwellwertverstärkers Vs ein Mass
für
die Funktionstüchtigkeit des gesamten Indikators einschliesslich des Gebers.
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Erfindungsgemäss werden derartige Indikatoren zur Ueberwachung von
Physikalischen Grössen, die sich in Form von Wi derstandsänderungen an den Klemmen
elnesiauf die genannten Grössen ansprechenden Gebers detektieren lassen verwendet.
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Unter dem Begriff "Widerstandsänderungen" rungen" sind hier solche
Aenderungen zwischen den Klemmen zu verstehen, bei denen sich das Verhältnis von
Spannung zwischen den Klemmen und dem aus dem Geber herausfliessenden oder in diesen
hineinfliessenden Strom ändert.
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Neben den bereits beschriebenen Gebern, Ionisavionskammers photoempfindliches
Element, Heissleiter, sind jede Art Geber der oben definierten Art verwendbar, je
nachdem, welche physikalische Grösse detektiert oder überwacht werden soll.
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So kann beispielsweise zur Ueberwachung von Brandgasen oder Rauchteilchen
auch ein auf Halbleiterbasis arbeitender Geber verwendet werden. Derartige Geber
sind unter der Bezeichnung t'MACOR" (J E Meinhard Associates, Tustin, Ca1., USA)
bekannt. Bei derartigen Detektoren ändert sicheren Leitfähigkeit in Abhängigkeit
von gewissen gasförmigen oder anderen Substanzen in der unmittelbaren Umgebung ihrer
aktiven Fläche.
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Die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt eine Parallelschaltung
von mehreren sich gegenseitig selbsrtatig überwachenden Einzel indikatoren. Die
Anordnung besteht aus einzelnen, jeweils durch strichlierte Linien umrahmte Bausteine,
einem Steuer- oder Referenz-Indikator 15 und drei parallel geschalteten Indikatoren
I1, I2, I3 sowie einer Logik L, welche die Ausgangssignale der Indikatoren I1 bis
13 verknüpft.
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Alle Indikatoren Is, I1, I2, und 13 weisen den gleichen Aufbau auf
und entsprechen in etwa dem in Fig. 2 dargestellten Indikator, mit folgenden Unterschieden.
An die Stelle des Relais 10 im Kollektorkreis des Ausgangstranssistors 9 bzw. 109
etc. tritt jeweils ein Widerstand 10' bzw. 110' und parallel zum Gate-Widerstand
6 bzw. 106 etc.
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liegt jeweils ein Kondensator 48 bzw. 148 etc. Die Eingänge der Indikatoren
IS, 11, I2 und I3 sind mit Es, E1, E2 bzw. E3, die Ausgänge entsprechend mit As,
A1, A2 bz.
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A3 bezeichnet. Diese Ausgänge sind mit den drei gleichwertigen Eingängen
einer aus einem Transistor 49, zwei Widerständen 50, 51, einem Kondensator 52 und
drei Dioden 53, 54 und 55 bestehenden Logik L verbunden. Diese Logik stellt ein
UN9"Glied dar, dessen Ausgang AL auf den Eingang ES des Indikators IS geführt ist.
Dem Ausgang AS des Indikators IS sind die Eingänge E1, E2 und E der Indika-3 toren
11, I2 und I3 parallel geschaltet.
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Die Wirkungsweise eines Einzelindikators ist oben bebeschrieben worden.
Das Zusammenwirken der drei parallel geschalteten Inzelindikatoren Ii bis I3 zusammen
mit den Steuer- oder Referenz-Indikator IS und der Logik L wird nachstehend näher
erläutert.
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Nach Anlegen der Betriebs spannung UB ist die Spannung zwischen den
Platten der Kondensatoren 48 und 14t null. Die MOS-FETs 5 und 105 sind gesperrt.
An den Kollektoren der Transistoren 9 und 109 liegt etwa die Spannung UB an.
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Die Spannung am Ausgang AL des UND-Gliedes und damit auch die Spannung
an der Elektrode 2 der IOnisationskammer 1 ist annähernd 0. Bedingt durch das Aufladen
des Kondensators 116, fliesst ein Strom durch die Ionisationskammer 101, die Spannung
am Gate des MOS-FET 105 nimmt zu, bis dieser durchschaltet. In entsprechender Weise
schalten auch die MOS-FETs der restlichen Indikatoren I2 und I3 durch. Dadurch schalten
die Ausgangs transistoren 109 usw.
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durch. Wenn alle Eingänge der Logik auf niedrigem Potential liegen,
sperrt der Transistor 49 der Logik. Das Potential an der Elektrode 4 der Ionisationskammer
1 wächst.
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Es fliesst ein Strom durch die Ionisationskammer 1, der wiederum ein
Anwachsen der Spannung am Gate des MOS-FET 5 zur Folge hat. Dadurch steuert dieser
durch, was wiederum das Durchschalten des Transistors 9 zur Folge hat. Das Potential
an den Elektroden 104 usw. der Ionisationskammern 101 usw. der Einzelindikatoren
Ii bis I3 fällt auf annähernd
Nullpotential. Der Stromfluss durch
diese Ionisationskammer hört auf. Die zwischen Gate und Masse gescnalteten Kondesatoren
148 usw. entladen sich über die ihnen parallel liegenaen Widerstände 106 usw. Die
entsprechenden MOS-FETs sperren, ebenso die entsprechenden Ausgangstransistoren
109 usw., wodurch deren Kollektorpotential steigt.
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Liegen alle Eingänge der Logik L auf hohem Potential, so steuert der
Transistor 49 durch, sein Kollektorpotential fällt auf annähernd Nullpotential.
Damit wiederholen sich die oben beschriebenen Vorgänge.
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Die vorstehend beschriebene Indikatoranordnung stellt -ähnlich wie
die bisher beschrieben eine schwingfähige Anordnung dar. Die Frequenz dieser Schwingungen,
sie können in Form elektrischer Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung
entnommen werden, z.B. a Ausgang AL der Logik L oder am Ausgang AS des Steuer- oder
Referenz-Indikators Ins, ist jedoch nicht mehr in der einfachen eise bestimmt, wie
es beispielsweise bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2 der Fall war. Das Umschalten
der Logik L erfolgt erst, wenn an ihren Eingängen die UND-Bedingung erfüllt ist.
D.h. die durch den Steuer- oder Referenz-Indikator IS eingeleitete Überprüfung der
Einzelindikatowieder ren I1 bis I3 erfolgt erst dann, wenn alle diese Einzelindikatoren
ihre Funktionstüchtigkeit durch Abgabe eines entsprechenden Signals angezeigt haben.
Spricht einer oder mehrere der Indikatoren I1 bis I3 später an, so setzt auch
die
Überprüfung der gesamten Anordnung erst später ein.
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Dieses Verspätet Einsetzen hat eine Veränderung der Frequenz der Ausgangsspannungen
der Logik L oder des Steueroder- Referenz-Indikators IS zur Folge.
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Die genannten Ausgangsspannungen können nun in der oben im Zusammenhang
mit Fig. 2 beschriebenen und in Fig. 7 beispielsweise dargestellten Auswerteeinrichtung
verarbeitet werden.
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In einer Realisierung einer Indikatoranordnung gemäss Fig. 5 wird
zweckmässigerweise der Steuer- oder 2eferenz-Indikator sowie die Logik in der Alarmzentrale
installiert, während die Einzelindikatoren in den zu überwachenden Raum men an geeigneter
Stelle unterbracht werden. Die niederohmigen Ausgänge der verwendeten Transistorschaltungen
gestatten es, relativ lange L-eitungen zu verwenden. Gegebenenfalls kann der Ausgang
jedes Einzelindikators mit einer zusätzlichen Kollektor-Basis-Stufe zwecks weiterer
Erniedrigung der Ausgangsimpedanz versehen werden. Die andere Alternative, in dem
zu überwachenden Raum lediglich eine Ionisationskammer zu installieren und die restlichen-Teile
der Schaltung in der Zentrale zusammenfassen verbietetsich wegen der grossen Ausgangsimpedanz
von Ionisationskammern. Letzteres gilt in gleicher Weise für die in den Figuren
2 bis 4 dargestellten Indikatoren.
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Für gewisse Anwendungsfälle kann es zweckmässig sein, die FunktionstüchtigReit
des Indikators in dem von ihm überwachten Raum direkt (zumindest qualitativ) zu
überwachen.
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Zu diesem Zweck ist jedem Indikatorausgang eine Anzeicelampe K1, K2,
K3 zugeordnet, welche beispielsweise zwischen den Kollektor des jeweiligen Ausgangstransistors
und Masse geschaltet ist. Diese Lampen sind zweckmässigerweise Galliumarsenid-Leuchtdioden,
welche sich durch extrem niedrigen Strombedarf auszeichnen und somit die Schaltung
nur unwesentlich belasten. Selbstverständlich können auch in der Alarmzentrale derartige
Anzeigelampen installiert sein.
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Die Verwendung von Anzeigelampen an den Ausgängen eines Indikators
beschränkt sich naturgemäss nicht auf die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung,
sondern lässt sich auch bei den Schaltungsanordnungen der Figuren 2 bis 4 realisieren.
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Anstelle den Steuer- oder Referenzindikator in der Alarmzentrale zu
installieren, kann dieser auch zur Überwachung eines Raumes dienen. Es empfiehlt
sich jedoch, den genannten Indikator Is, wie oben beschrieben, in der Zentrale anzuordnen,
wo er mit Ausnahme von Brandgasen oder Rauchteilchen den gleichen Umwelteinflüssen
ausgesetzt-st, wie die restlichen Indikatoren.
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In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines aus mehreren in Serie
geschalteten und sich gegenseitig und selbsttätig überwachenden Einzelindikatoren
aufgebauten Indikators dargestellt. Die Einzelindikatoren sind mit I1? 12 und I3
bezeichnet. Ihr Aufbau entspricht dem des Indikators gemäss Fig. 4. Gleiche Teile
sind in den Figuren M und 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Der Ionisationskammer 1 ist eine Verstärkerstufe, gebildet aus einem
Transistor 56 mit Kollektorwiderstand 57 und Basiswiderstand 58 vorgeschaltet. Der
Basiswiderstand 58 ist durch einen Kondensator 59 überbrückt. Dieser dient zum Aussieben
von eventuellen Störsignalen. Die aegenelektrode 4 der Ionisationskammer ist mit
der Kollektor des Transistors 56 verbunden, das andere Ende der Ionisationskametr
1 liegt am Eingang des aus den Transistoren 5, 38 und 39 gebildeten Schwellwertverstärkers.
Zwischen seinem Eingang, dem Gate des MOS-FET 5 und Masse liegt der Widerstand 6
sowie ein Kondensator 6»). Der Schwellwertverstärker weist zwei Ausgänge A1 und
C A1 ist über die -Reihen-1.
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schaltung einer Zenerdiode 61 und eines Widerstandes 62 mit dem Kollektor
des Transistors 38, Ä ist direkt mit dem Kollektor des Transistors 39 verbunden.
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An den Ausgang A1 des oben beschriebenen Indikators I1 ist der Eingang
E2 eines weiteren Indikators I2 angeschlossen, an dessen Ausgang A2 sich der Eingang
E3 eines dritten In-
Indikators 13 anschliesst, dessen Ausgang
A mit dem Eingang E1 des ersten Indikators I1 verbunden ist. Die beiden Indikatoren
I2 und I3 weisen den gleichen Aufbau auf wie der zuvor beschriebene Indikator 11,
jedoch ist beim Indikator 13 die aus der Zenerdiode und dem Widerstand gebildete
Reihenschaltung an den Kollektor des letzten Transistors, also dem Transistor, der
bei 13 dem Transistor 39 beim Indikator Ii entspricht, angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäss rig. 6 wird nachstehend
erläutert. Nach Anlegen der setriebsspannung UB sind zunächst alle MOS-FETs gesperrt,
aie Gegenelektroden der Ionisationskammern liegen annähernd auf Nullpotential. Die
Ausgänge A1 und A2 liegen auf annähernd UB-Potential. Die Transistoren in den Eingangsstufen
der Indikatoren 12 und I3 sind durchgesteuert. Der Transistor 56 in der Eingangsstufe
von I1 ist,bedingt durch die andersartige Ankopplung an den Indikator I3, gesperrt.
Die Gegenelektrode 4 der Ionisationkammer 1 liegt auf annähernd UB-Potential. Dadurch
steigt die Spannung am Gate des MOS-FET 5 an . Bei Erreichen eines bestimLm.ten
Spannungswertes schaltet der MOS-FET 5 durch, worauf auch der an ihn angeschlossene
Schmitt-Trigger umkippt. Die Spannung am Kollektor von Transistor 38 (=Spannung
am Ausgang A1) sinkt auf Null. Dieses Absinken bewirkt die Sperrung des Eingangs
transistors des Indikators 12, was wiederum das Sperren des entsprechenden Eingangstransistors
im
Indikator I3 zur Folge hat. Dadurch liegt die Gegenelektrode der Ionisationskammer
dieses Indikators 13 an der Betriebsspannung. Der parallel zum Gate des MOS-FET
liegende Kondensator lädt sich auf und steuert den X,OS-FET durch. Am Ausgang Ä
des Indikators liegt nun an-3 13 nähernd UB-Potential,--was wiederum den Transistor
56 der EingangsstvEe des ersten Indikators Ii sperrt. Der Kondensator 60 entlädt
sich über den Widerstand 6, der- MOS-FET 5 sperrt, am Ausgang A1 liegt wieder annähernd
U-Potential.
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Es wiederholen sich die oben beschriebenen Vorgänge. Die aus den drei
Indikatoren I1 bis I3 bestehende Schaltungs-.
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anordnung stellt - ähnlich wie die in Fig. 5 dargestellte Anordnung
- ein schwingfähiges Gebilde dar.
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Im Falle der Fig. 6 schaltet quasi ein Indikator den nachfolgenden
Indikator ein, welcher wiederum den ihm nachfolcenden einschaltet. Das Ausgangssignal
dieser K,ette-wird invertiert und schaltet somit den ersten Indikator der Kette
aus, welcher seinerseits den nächsten Indikatorausschaltet. Mit dem Ausschalten
des letzten Indikators dieser Kette wird der erste wiederum eingeschaltet usw.
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Die an einem beliebigen Ein- oder Ausgang abgreifbare Spannung ist
ein Mass für die Funktionsbereitschaft- bzw.
-
- tüchtiakeit aller in Serie gescalteten Indikatoren und kann auf
die oben beschriebene Weise weiterverarbeitet werden.
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In den Schaltungsanordnungen der Figuren 5 und 6 wurde aus Gründen
einer übersichtlichen Darstelluna die Parallelschaltung bzw. Reihenschaltung von
jeweils drei Einzelindikatoren veranschaulicht. Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich
nicht auf diese Anzahl.
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Im Falle der in Fig. 5 dargestellten Parallelschaltung ist die Maximalanzahl
der parallelschaltbaren Einzelindikatoren praktisch nur durch die Belastbarkeit
der Ausgangsstufe des Indikators IS beschränkt. UND-GlXeder mit nahezu beliebig
vielen Eingängen sind entweder direkt als monolithisch integrierte Schaltungen im
Handel oder aus solchen leicht aufzubauen.
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Im Falle der Fig. 6 wird der maximal in Serie zusammenschaltbaren
Anzahl von Einzel indikatoren praktisch keine obere Grenze gesetzt. Es ist jedoch
zu beachtet, dass das serielle Durchschalten umso länger dauert, je mehr Einzelindikatoren
zusammengeschaltet sind.
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Für die letztgenannte Schaltungsanordnung gilt ebenfalls das für die
in Fig. 5 dargestellte. Auch hier kann jeder der Ausgänge mit einer Anzeigelampe
(Galliumarsenid-Leuchtdiode) beschaltet werden, um direkt an Ort und Stelle die
Funktionsbereitschaft qualitativ überprüfen zu können.
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Die erfindungsgemässe Zusammenschaltung von mehreren Einzelindikatoren
beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die hier eingehend beschriebenen Indikatoren
für Brandgase und/oder'Rauchteilchen. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip,
mehrere Einzelindikatoren zu einer schwingfähigen Anordnung zusammenzuschalten,
lässt sich ohne weiteres auch auf Indikatoren anwenden, bei denen ein anderer Geber
als eine Ionisationskammer verwendet wird.