DE2546970C3 - Ionisations-Rauchmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem lonisations-Rauchmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Ionisations-Rauchmelder ist aus der DE-OS 21 21 382 bekannt. Hierbei sind eine für die Umgebungsluft zugängliche, die erste Hauptelektrode enthaltende Meßkammer sowie eine gegenüber der Umgebungsluft stärker abgeschlossene, elektrisch in Reihe mit der Meßkammer geschaltete, die zweite Hauptelektrode enthaltende Referenzkammer gebildet. Auf der ersten Hauptelektrode und auf einer in der Referenzkammer vorgesehenen, mit der Meßelektrode der Meßkammer elektrisch verbundenen weiteren Meßelektrode ist jeweils eine radioaktive Strahlungsquelle angeordnet, die eine Aktivität von jeweils 0.1 \iC oder einem weitaus geringeren Wert aufweisen, so daß die Gesamtaktivität 0,2 μθ oder wesentlich weniger beträgt Unter einer gegenüber 0,2 μθ wesentlich geringeren Gesamtaktivität verstand der Fachmann -i dabei eine Gesamtaktivität bis herab zu annähernd 0,06 μθ; noch geringere Gesamtaktivitäten waren deshalb nicht vorstellbar, weil bei derart geringen Aktivitäten die die Kammern durchfließenden lonisationsströme in diejenige Größenordnung kommen, in

in der die durch mangelnde Isolation und Verschmutzung bedingten Restströme liegen, die über den Eingangsanschluß des Feldeffekttransistors fließen; es mußte befürchtet werden, daß diese Restströme eine noch weitere Absenkung der Aktivitäten der Strahlungsquellen unmöglich machen würden.

Es ist weiter aus der CH-PS 5 06 149 ein Ionisations-Rauchmelder ähnlich der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die mit einer kreisrunden Öffnung für die Strahlung der Strahlungsquelle versehene Meßelektrode zwischen der Stirnseite der zylindrisch-becherförmig ausgebildeten ersten Hauptelektrode und der innerhalb der Ionisationskammer angeordneten und die bandförmige Strahlungsquelle tragenden zweiten Hauptelektrode in geringerem Abstand zur zweiten

2« Hauptelektrode als zur ersten Hauptelektrode liegt. Die auf der zweiten Hauptelektrode angeordnete Strahlungsquelle ionisiert hierbei sowohl die Meßkammer als auch die Referenzkammer, wodurch die erforderliche Aktivität zur Ionisierung beider Kammern herabgesetzt

jo ist. Die in der Mittelelektrode vorgesehene Öffnung ist dabei so klein gehalten, daß sie den Durchtritt von Rauch von der Meßkammer zur Referenzkammer behindert. Bei dieser geringen Größe der Öffnung führt eine Verstaubung des Innenrandes der Öffnung bereits

J5 zu einer prozentual großen Verringerung der Ionisation der Meßkammer. Hierdurch kann fälschlich ein Meldesignal erzeugt werden. Eine Vergrößerung der Öffnung der Meßelektrode bei dem bekannten Rauchmelder mußte dem Fachmann unzweckmäßig erscheinen, da dann befürchtet werden mußte, daß die Strahlungsquelle einer Verstaubung zugänglich ist und hierdurch die sichere Funktion des Rauchmelders beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ionisations-Rauchmelder der eingangs genannten Art in baulich unaufwendiger Weise so weiterzubilden, daß einerseits die Gesamtaktivität sehr gering ist und daß andererseits trotzdem der Rauchmelder gegen die Auswirkungen von Verschmutzungen unempfindlich ist.

so Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Ionisations-Rauchmelder der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ausgebildet ist.

Der Ionisations-Rauchmelder gemäß der Erfindung kommt mit einer äußerst geringen Gesamtaktivität, nämlich annähernd 0,02 uC, aus. Die Ausbildung der Meßelekirode mit einer Öffnung derart, daß die auf der zweiten Hauptelektrode angeordnete radioaktive Strahlungsquelle Meßkammer und Referenzkammer ionisiert, macht in an sich bekannter Weise eine Verringerung der Gesamtaktivität möglich. Diese Verringerung ist jedoch gegenüber dem Stand der Technik besonders ausgeprägt, dadurch, daß eine besonders große Öffnung der Meßelektrode gewählt ist,

b5 durch die hindurch der größere Anteil der Strahlung der ' irahlungsquelle in die Meßkammer gelangt. Hierdurch wird anders als bei einer kleinen Öffnung die Meßkammer im größten Teil ihres Gesamtvolumens

ionisiert, so daß zu dieser Ionisierung eine wesentlich geringere Aktivität gegenüber dem Fall erforderlich ist daß nur ein geringer Teil des Volumens der Meßkammer durch eine kleine öffnung in der Meßelektrode hin durchionisiert wird. Weiter hat die relativ große ·-, Öffnung der Meßelektrode den Vorteil, daß sich an ihrem Innenrand absetzende Staubpartikel den Gesamt-Durchtrittsquerschnitt der öffnung praktisch nicht beeinflussen und daher die Ionisierung des Volumens der Meßkammer praktisch nicht verringern. Obwohl die ι ο gegenüber dein Stand der Technik vergrößerte Öffnung in der Meßelektrode eine gewisse Verschmutzung der Strahlungsquelle und damit eine Abnahme der Strahlung bewirken kann, hat sich jedoch gezeigt, daß diese Abnahme bin der Praxis unbeachtlich oder nicht stärker ι s als bei Rauchmeldern nach dem Stand der Technik ist, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, daß die Ionisation der Meßkammer und der Referenzkammer bei einer Verstaubung der Strahlungsquelle in prozentual annähernd gleicher Weise abnimmt. Schließlich wird durch die Einstellung des Spannungsteilers derart, daß das Potential seines Abgriffs dem Potential der Meßelektrode im Ruhezustand gleicht, im Ruhezustand ein Potentialunterschied zwischen der Steuerelektrode und den Hauptelektroden des Feldeffekttransistors r> praktisch vermieden, so daß auch ein Reststrom nicht fließen kann, der die Ströme in Meßkammer und Referenzkammer verfälschen würde. Außerdem ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß der Einfluß von Klimaveränderungen auf den Melder weitgehend jo vermieden wird, da ein solcher Reststrom temperaturabhängig und wegen seiner Abhängigkeit von dem Isolationswiderstand des Feldeffekttransistors auch durch Feuchtigkeitsniederschläge beeinflußbar ist.

Als besonders zweckmäßig für die Empfindlichkeit jj des Ionisations-Rauchmelders hat es sich erwiesen, wenn der Abstand der Meßelektrode von der die radioaktive Strahlungsquelle tragenden zweiten Hauptelektrode derart gewählt ist, daß zwischen beiden im Ruhezustand annähernd 30% der Spannung der Gleichspannungsquelle abfällt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Ionisations-Rauchmelder gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, teilweise im Querschnitt;

F i g. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise des Melders gemäß F i g. 1.

Der in F i g. 1 schematisch dargestellte Rauchmelder weist einen radialsymmetrischen Aufbau auf. An einem zweiteiligen, isolierenden, einen Innenraum 10 aufweisenden Sockel 12 ist konzentrisch zu ihm eine im folgenden als Außenelektrode bezeichnete, erste Hauptelektrode 16 angebracht. Innerhalb von dieser ist koaxial und in Abstand zu ihr in der Mitte des Sockels 12 eine zweite Hauptelektrode, die Außenelektrode 16, gehalten. Die Außenelektrode 16 weist einen senkrecht zur Achsrichtung des Melders und parallel zur Innenelektrode 14 liegenden, kreisscheibenförmigen bo Boden 18 und eine zylindrische, sich vom Boden 18 annähernd bis zur Ebene der Innenelektrode 14 erstreckende Außenwand 20 auf, deren Innenseiten den aktiven Bereich der Außenelektrode 16 bilden. An dem dem Sockel 12 zugewandten Rand der Außenwand 20 schließt sich radial nach außen ein kreisringförmiger Flansch 22 an, in dem eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 24 für die Umgebungsluft gebildet sind, und an den Außenrand des Flansches 22 schließt weiter ein zylindrischer, sich zum Sockel 12 erstreckender Wandteil 26 an. Die Eintrittsöffnungen 24 sind auf der Innenseite der Außenelektrode 16 mit einem luftdurchlässigen Metallgitter 28 abgedeckt

Sockel 12 und Außenelektrode 16 umschließen eine Ionisationskammer, deren aktiver Bereich vom Boden 18 und der Außenwand 20 der Außenelektrode 16 umschlossen ist und von einem radioaktiven Strahler 30 ionisiert wird. Der Strahler 30 ist auf der der Außenelektrode 16 zugewandten Seite der Innenelektrode 14 in deren Mitte angebracht und hat eine Aktivität von annähernd 0,02 μθ. Er hat die Form eines langgestreckten Bändchens mit einer Länge von 12 mm, das an seinen beiden Enden von radioaktiven Material freie Befestigungsstellen aufweist, so daß die effektive Länge 9 mm beträgt.

Zwischen Innenelektrode 14 und Außenelektrode 16 ist eine Meßelektrode 32 angeordnet Sie hat eine annähernd zylindrisch-becherförmige Gestalt umgibt fiie Innenelektrode 14 in einem Abstand und sitzt mit ihrer offenen Stirnseite auf dem Isolator 12 auf. Die Meßelektrode 32 besteht aus einem becherförmigen Innenteil 34 mit kugelkalottenförmig-konkaver Stirnseite 36 sowie aus einem zylindrischen Außenteil 38, dessen eines Ende über die Stirnseite 36 hinaus als Rand 40 auf den Boden 18 der Außenelektrode 16 hin vorsteht.

Die Meßelektrode 32 unterteilt die Ionisationskammer in eine zwischen Meßelektrode 32 und aktivem Bereich der Außenelektrode 16 liegende Meßkammer 44 und eine zwischen Meßelektrode 32 und Innenelektrode 14 liegende Referenzkammer 46. Während die Referenzkammer 46 unmittelbar durch den Strahler 30 ionisiert wird, gelangt radiaktive Strahlung des Strahlers 30 durch eine kreisrunde öffnung 48 in der Stirnseite 36 der Meßelektrode 32 hindurch in die Meßkammer 44. Der Strahlungskegel 50 des Strahlers 30 in der Referenzkammer sowie der durch die als Strahlungsblende wirkende öffnung 48 begrenzte, in die Meßkammer 44 fallende Strahlungskegel 52 sind in der Zeichnung angedeutet Die öffnung 48 ist mit einem Durchmesser, der um 20% größer als die effektive Länge des Strahlers 30 ist, so groß bemessen, daß 80% bis 95%, zweckmäßig 90%, der Strahlung des Strahlers 30 in die Meßkammer 44 gelangt. Die der Außenelektrode 16 zugekehrte Fläche der Innenelektrode 14 beträgt höchstens V₅ der Innenflächen von Boden 18 und Außenwand 20.

Die Innenelektrode 14 ist an den negativen Pol, die Außenelektrode 18 an den positiven Pol einer nicht gezeigten Spannungsquelle angeschlossen. Hierdurch herrscht zwischen Innenelektrode 14 und Außenelektrode 16 ein elektrisches Feld. Wegen der stark unterschiedlichen Größen von Innenelektrode 14 und aktivem Bereich der Außenelektrode 16 herrscht in deren jeweiliger Umgebung eine stark unterschiedliche elektrische Feistärke. Die Meßelektrode 32 liegt mit der Stirnseite 36 ihres Innenteils 34 wesentlich näher an der Innenelektrode 14 als mit dem Rand 40 ihres Außenteils 38 am Boden 18 der Außenelektrode 16 und nimmt daher ein Potential an, das näher am Potential der Innenelektrode 14 als am Potential der Außenelektrode 16 liegt.

F i g. 2 zeigt den Potentialverlaul' als gegenüber der Innenelektrode 14 gemessene Spannung U zwischen dem Ort xu der Innenelektrode 14 und dem Ort λϊ6 der Außenelektrode 16 entlang der Achse des Melders bei einer Speisespannung von 12 V. Die Kurve A gibt den

Potentialverlauf im Ruhezustand wieder, d. h. bei Abwesenheit von Brandaerosolen in der Umgebungsluft und damit in Meßkammer 44 und Referenzkammer 46. Aufgrund der größeren elektrischen Feldstärke in der Umgebung der Innenelektrode 14 hat trotz der geringen lonendichte in der Referenzkammer 46 die mit der Stirnseite 36 ,im Ort Xn befindliche Meßelektrode 32 ein Potential, das stärker von demjenigen der Innenelektrode 14 abweicht, als es bei linearer Potentialverteilung in der Ionisationskammer zu erwarten wäre; die Ruhespannung zwischen Meßelektrode 32 und Innenelektrode 14 beträgt bei dem Ausführungsbeispiel, wie aus F i g. 2 hervorgeht, 4 V.

Beim Eintritt von Rauch in die Meßkammer 44 und Referenzkammer 46 lagern sich die Rauchaerosolpartikel an die von der radioaktiven Strahlung erzeugten Ionen an, verringern deren Beweglichkeit und haben daher die Wirkung, daß die Ionisationskammer hochohmiger wird. Diese Wirkung ist jedoch in der Meßkammer 44 und Referenzkammer 46 stark unterschiedlich. Da nur etwa 10% der Strahlung des Strahlers 30 in der Referenzkammer 46 zur Erzeugung von Ionen zur Verfügung steht, so daß in dieser eine relativ geringe lonendichte herrscht, und da weiter in der Referenzkammer 46 eine hohe Feldstärke herrscht, finden in dieser relativ wenige Anlagerungsvorgänge zwischen Ionen und Rauchpartikeln statt, so daß sich der Widerstand der Referenzkammer 46 nur unwesentlich oder praktisch nicht verändert. Dagegen herrscht in der Meßkammer 44 sowohl eine niedrige elektrische Feldstärke als auch eine größere lonendichte, wodurch die Anlagerungswahrscheinlichkeit gegenüber der Referenzkammer 46 wesentlich höher ist und der Eintritt von Rauchpartikeln zu einer starken Widerstandsvergrößerung führt. Hierdurch ergibt sich der in F i g. 2 durch die Kurve B wiedergegebene Potentialverlauf. Dieser hat ein starkes Absinken der Spannung der Meßelektrode 32 gegenüber der Innenelektrode 14 zur Folge, was zur Erzeugung eines Meldesignals ausgenutzt wird.

Die Schaltung zur Erzeugung eines Meldesignals ist im Raum 10 des Isolators 12 untergebracht und in F i g. 1 zur Verdeutlichung oberhalb der mechanischen Teile des Melders dargestellt. Die Schaltungsanordnung weist einen Eingangs-Feldeffekttransistor 54 auf. an dessen Steuerelektrode G die Meßelektrode 32 angeschlossen ist. Die Quellenelektrode 5 liegt am Verbindungspunkt zweier Widerstände 56, 58, die als Spannungsteiler an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und deren Widerstandswerte so gewählt sind, daß das Potential der Quellenelektrode Sim Ruhezustand gleich demjenigen der Steuerelektrode C ist. Der Feldeffekttransistor 54 ist vom selbstleitenden Verarmungstyp und daher im Ruhezustand leitend. Die Verwendung eines derartigen MOS-Feldeffekttransistors hat den Vorteil, daß im Ruhezustand kein Reststrom von der Meßelektrode 42 zu der Schaltungsanordnung fließt, wodurch ausgeschlossen wird, daß hierdurch die Potentialverteilung in der Ionisationskammer gestört wird. Daneben wird ein sehr hoher Eingangswiderstand der Schaltungsanordnung erzielt.

Die Abflußclcktrodc D des Feldeffekttransistors 54 ist über einen Lastwiderstand 60 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden, und die am Lastwiderstand 60 abfallende Spannung steuert einen elektronischen Schalter 62. Wenn sich beim Eintritt von Rauch in die Ionisationskammer das Potential der Meßelektrode 32 zu demjenigen der Innenelektrode 14 hin verschiebt, wird beim Überschreiten eines Schwellenwertes der Rauchdichte der Feldeffekttransistor 54 in einem Maße weniger stark leitend, daß der nunmehr verringerte Spannungsabfall am Lastwiderstand 60 ausreicht, um das Schließen des Schalters 62 zu bewirken. Der sich dann über den Schalter 62 ergebende Stromfluß dient als Meldesignal, das beispielsweise in einer entfernt angeordneten Zentrale Alarm auslösen kann.

Der Spannungsunterschied zwischen Meßelektrode 32 und Innenelektrode 14 beträgt im Ruhezustand annähernd 30% der zwischen Innenelektrode 14 und Außenelektrode 16 liegenden Gleichspannung. Dieser Wert kann vor allem durch den Abstand zwischen Innenelektrode 14 und Meßelektrode 32 beeinflußt werden.

Die Abwesenheit eines Reststroms von der Meßelektrode 32 zum Feldeffekttransistor 54 im Ruhezustand hat außer der Vermeidung einer Potentialverzerrung den weiteren Vorteil, daß der Einfluß von Klimaveränderungen auf den Melder weitgehend vermieden wird, da ein solcher Reststrom temperaturabhängig und wegen seiner Abhängigkeit von dem Isolationswiderstand des Feldeffekttransistors 54 auch durch Feuchtigkeitsniederschläge und Staub beeinflußbar wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ionisations-Rauchmelder mit einer Ionisationskammer, in der eine mit einem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle verbundene erste Hauptelektrode, eine radioaktive Strahlungsquelle und eine Meßelektrode angeordnet sind, einer an einen zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen zweiten Hauptelektrode und einer das bei Eintritt von Brandfolgeprodukten in die Ionisationskammer gegenüber dem Ruhezustand veränderliche Potential der Meßelektrode auswertenden Schaltungsanordnung, die einen mit seiner Steutrelektrode unmittelbar an die Meßelektrode angeschlossenen, im Ruhezustand leitenden Feldeffekttransistor vom selbstleitenden Verarmungstyp, dessen Abflußelektrode über einen Lastwiderstand an den ersten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, einen an der Gleichspannungsquelle liegenden Spannungsteiler, dessen Abgriff mit der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist, und einen Schalter umfaßt, der in Abhängigkeit von der an dem Lastwiderstand abfallenden Spannung bei der beim Eintritt von Brandfolgeprodukten in die Ionisationskammer auftretenden Leitfähigkeitsverringerung des Feldeffekttransistors ein Meldesignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer kreisrunden Öffnung (48) für die Strahlung der Strahlungsquelle (30) versehene Meßelektrode (32) zwischen der Stirnseite (18) der zylindrisch-becherförmig ausgebildeten ersten Hauptelektrode (16) und der innerhalb der Ionisationskammer angeordneten und die bandförmige Strahlungsquelle (30) tragenden zweiten Hauptelektrode (14) in geringerem Abstand zur zweiten Hauptelektrode (16) als zur ersten Hauptelektrode (14) liegt, daß der Durchmesser der Öffnung (48) in der Meßelektrode (32) bezüglich der Länge der Strahlungsquelle (30) so groß bemessen ist, daß 80% bis 95% der Strahlung der eine Aktivität von annähernd 0,02 μC aufweisenden Strahlungsquelle (30) in die Meßkammer (44) gelangt, und daß der Abgriff des Spannungsteilers (56,58) ein Potential aufweist, das dem Potential (x_i2) der Meßelektrode (32) im Ruhezustand gleicht.

2. Ionisations-Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Meßelektrode (32) von der zweiten Hauptelektrode (14) derart gewählt ist, daß zwischen beiden im Ruhezustand annähernd 30% der Spannung (U) der Gleichspannungsquelle abfällt.