DE2631241A1

DE2631241A1 - Ionendetektor

Info

Publication number: DE2631241A1
Application number: DE19762631241
Authority: DE
Inventors: Jacques Depoitier; Romain Vinchent
Original assignee: Institut National des Radioelements IRE
Current assignee: Institut National des Radioelements IRE
Priority date: 1975-07-11
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1977-03-17
Also published as: GB1548457A; US4082952A; DK293376A; PT65306B; BE831296A; NL7607633A; DE2631241B2; LU75337A1; FR2317653B1; IE42872L; IE42872B1; PT65306A; FR2317653A1; BR7604538A

Description

MÜLLER-BORE · GROENING DEUESL · SCHÖN · HERTEL

PATENTANWÄLTE

J 1351/Hl

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWAUTVON 1927- 197S) HANS W. GROENING. DIPL.-ING. DR. PAUL DEUFTEL. Q1PL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

«2. JULI 1976 INSTITUT NATIONAL DES RADIO-ELEMENTS

NATIONAAL INSTITUUT VOOR RADIO-ELEMENTEN

I.R.E.
Brüssel, Belgien

Ionendetektor

Die Erfindung betrifft einen Ionendetektor mit zwei Ionisationskammern, von denen jede wenigstens eine elektrisch gut leitende Wand hat, die eine erste Elektrode bildet, und mit einer zweiten Elektrode und einer radioaktiven oC-Strahlenquelle im Inneren der Kammer, wobei die Wand der ersten Kammer, der sogenannten Meßkammer, wenigstens teilweise durchbrochen ist, während die Wand der zweiten Kammer, der sogenannten Referenzkammer, geschlossen ist.

Derartige Detektoren sind bekannt (B-PSn 76o 527, 819 133). Solche Detektoren werden insbesondere bei Brand- bzw. Feuermeldern verwendet.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Ionendetektor zu schaffen, der bei einer relativ niedrigen Spannung arbeitet, beispielsweise in der Größenordnung von 12 V.

Diese Aufgabe wird bei dem Ionendetektor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Meßkammer so ausgebildet wird, daß die Kurve i = f (V) so steil wie möglich ist, ohne daß dabei die Sättigung erreicht wird. Dabei ist i der Strom, der im Inneren der Meßkammer als Funktion der Spannung V zwischen der elektrisch gut leitenden Wand, welche die erste Elektrode dieser Kammer bildet, und der zweiten Elektrode im Inneren dieser Kammer erzeugt wird.

Für diesen Zweck ist die radioaktive o(-Strahlenquelle in der Meßkammer an einer ebenen Fläche der Kammerwand angebracht, wobei die zweite Elektrode dieser Kammer einen ebenen, durchbrochenen, zu dieser ebenen Fläche parallelen Abschnitt und eine zu dieser ebenen Fläche senkrechte Stange aufweist, die bezogen auf die ebene Fläche auf der anderen Seite des ebenen durchbrochenen Abschnittes liegt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform, der Erfindung besteht der durchbrochene ebene Abschnitt der zweiten Elektrode der Meßkammer aus wenigstens einem Draht in Form eines zur Stange konzentrischen Kreises und aus wenigstens zwei Drähten, die den Draht in Form eines Kreises mit dieser Stange verbinden.

Bei einer speziellen Ausführungsform hat der Ionendetektor in der Meßkammer ein Element, das verschiebbar zwischen der radioaktiven Quelle und dem ebenen Abschnitt der zweiten Elektrode angeordnet ist.

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Die Stange der Meßkammer kann sich bis in die Bezugskammer erstrecken, in welcher sie einen ebenen Vollabschnitt trägt, der parallel zu einer ebenen Fläche der Wand der Bezugskammer ist, an der die radioaktive (X-Strahlenquelle dieser Kammer angebracht ist, wobei dieser ebene Vollabschnitt die zweite Elektrode dieser Bezugskammer bildet.

Der Abstand zwischen dem ebenen Vollabschnitt, der die zweite Elektrode der Bezugskammer bildet, und der radioaktiven c* -Strahlenquelle dieser Kammer liegt in der Größenordnung von 2 nun.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht teilweise geschnitten eine Ausführungsform eines Ionendetektors.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Einzelheit von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht einen ebenen Abschnitt der zweiten Elektrode der Meßkammer des Ionendetektors.

Fig. 4 zeigt In einem Diagramm die Kurve i = f (V) der Bezugskammer und zwei Kurven i = f (V) der Meßkammer.

Der in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Ionendetektor hat eine Kammer 1, die sogenannte Meßkammer, und eine Kammer 2, die sogenannte Bezugskammer. Die verschiedenen Bauteile, welche diese Kammern bilden, sind bezogen auf eine Platte installiert, welche eine gedruckte Schaltung aufweist, mit der die Elektroden der beiden Kammern, die Spannungsquelle und die Warnvorrichtung verbunden sind. Die elektrischen Schaltungen, wie sie bei Ionendetektoren gemäß der Erfindung berwendet werden können, sind an sich bekannt. Die

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elektrische Schaltung ist deshalb nicht beschrieben und nicht gezeigt.

Die Platte 3 liegt auf dem Rand eines Sockels 4 auf. Durch die Platte 3 geht eine Stange 5 hindurch. Eines der Enden dieser Stange befindet sich im Inneren einer Büchse 6, die in dem Sockel 4 angeordnet ist. Die Büchse 6 hat einen Flansch 7, der an der Platte 3 anliegt und daran mittels nicht gezeigter Einrichtungen befestigt ist. Die Büchse ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und weist eine radioaktive o{ -Strahlenquelle auf, beispielsweise Americium 241. Die Strahlungsquelle hat die Form einer Feder bzw. eines Spannteils 8. Für den Durchgang der Enden der Feder 8 sind zwei öffnungen vorgesehen. Die Enden der Feder befinden sich deshalb außerhalb der Büchse 6. Die Feder verschließt diese Öffnungen nicht ganz, so daß die Referenzkammer 2 geschlossen, jedoch nicht dicht ist. Wegen der fehlenden Dichtheit kann sich der Stmosphärendruck im Inneren der Kammer 2 einstellen, was zur Folge hat, daß Änderungen des Ionenstroms in der Meßkaramer infolge von Änderungen dieses atmosphärischen Drucks automatisch kompensiert werden.

Die Kammer 2 ist auf der anderen Seite durch einen ebenen Vollabschnitt 9 in Form einer Scheibe verschlossen. Diese elektrisch gut leitende Metallscheibe bildet mit der Stange 5 ein Stück. Sie bildet die zweite Elektrode der Referenzkammer 2, wobei die erste Elektrode dieser Kammer vom Boden der Büchse 6 gebildet wird.

Die Scheibe 9 ist im Abstand in der Größenordnung von 2 mm zum Boden der Büchse 6 gehalten. Der Abstand zwischen dem ebenen Vollabschnitt 9 in Form der Scheibe, welche die zweite Elektrode der Bezugskammer 2 bildet und der radioaktiven Strahlungsquelle 8 dieser Kammer liegt somit in der Größenordnung von 2 mm.

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Der Abstand zwischen dem Boden der Büchse 6 und der Scheibe 9 wird durch einen Ring 1o aus Polytetrafluoräthylen aufrechterhalten. Die Scheibe 9 ist zwischen diesem Ring und einem Stopfen 11 gehalten, ,der ebenfalls aus Polytetrafluoräthylen besteht, auf die Stange 5 aufgeschoben ist und auf der Platte 3 liegt.

Die Stange 5 ist bezüglich der Referenzkammer 2 auf der anderen Seite der Platte 3 verlängert. An ihrem auf dieser anderen Seite liegenden Ende trägt die Stange 5 einen im wesentlichen ebenen durchbrochenen Abschnitt, der sich in einer Ebene senkrecht zur Stange erstreckt. Dieser ebene durchbrochene Abschnitt 12 besteht aus zwei Drähten 13 und 14 in Form von Kreisen., Die beiden Kreise sind zu der Stange 5 konzentrisch, wie dies auf Fig. 3 zu ersehen ist. Die Drähte 13 und 14 sind miteinander mit der Stange 5 mittels einer Reihe von Drähten 15 verbunden, die den Radien der Kreise entsprechend angeordnet sind. Die Drähte 13, 14 und 15, welche den ebenen durchbrochenen Abschnitt bilden, bestehen ebenfalls aus einem elektrisch gut leitenden Metall. Die Stange 5 und der ebene durchbrochene Ab- . schnitt bilden zusammen die zweite Elektrode der Meßkammer 1. Die Meßkammer wird von einer elektrisch gut leitenden zylindrischen Wand 16 begrenzt. Diese Wand bildet die erste Elektrode der Meßkaramer 1 und besteht aus einem zylindrischen Drathgitter aus rostfreiem Stahl, Die zweite Elektrode dieser Kammer wird von dem ebenen durchbrochenen Abschnitt 12 und von der Stange 5 gebildet.

In das eine Ende des zylindrischen Gitters 16 ist ein bearbeiteter Flansch 18 einer Platte 17 eingesetzt. Diese Metallplatte 17 bildet den Boden der Meßkammer 1. Im Inneren der Kammer 1 ist auf der Platte 17, welche einen ebenen Abschnitt der die Kammer begrenzenden Wand bildet, eine radioaktive (^-Strahlenquelle aufgebracht. Die Strahlenquelle

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der Meßkammer 1 ist in der gleichen Waise wie die Strahlenquelle 8 der Referenzkammer 2 angeordnet. Die zweite Elektrode der Meßkammer 1 bildet somit einen ebenen durchbrochenen Abschnitt 12, der parallel zur ebenen Fläche ist, die von der Platte 17 gebildet wird. Die zweite Elektrode der Meßkammer 1 weist ebenfalls die Stange 5 auf, die sich senkrecht zur ebenen Fläche erstreckt, welche von der Platte 17 gebildet wird. Die Stange 5 liegt bezüglich der Platte 17 auf der anderen Seite des ebenen durchbrochenen Abschnittes 12. Durch das zylindrische Gitter 16 ist in den bearbeiteten Rand 18 der Platte 17 eine Gewindestange 2o geschraubt. Diese Gewindestange kann die radioaktive Strahlungsquelle 19 teilweise abschirmen und ermöglicht so eine Regulierung des Ionisationsgrades des .inneren der Kammer 1 unter dem Einfluß der Aktivität der Quelle 19.

Auf der der Platte 17 gegenüberliegenden Seite ist das zylindrische Gitter 16 auf den Flansch 21 einer Metallglocke 22 gedrückt. Diese Metallglocke ist auf der Seite des Gitters offen und hat einen Flansch 23, der sich in einer zur Achse der zylindrischen Wand 16 vertikalen Ebene erstreckt. Dieser Flansch 23, der Flansch 24 eines Deckels

25 und die Platte 3 werden auf dem Rand des Sockels 4 durch einen Gewindering 26 gehalten. Dieser Gewindering

26 ist auf den Sockel 4 geschraubt.

Der Deckel 25 hat an seinem Umfang öffnungen, die den Eintritt von Rauch ins Innere des Deckels und durch das Gitter 16 in die Meßkammer 1 ermöglichen. Der Rauch kann den Deckel durch die Mittelöffnung 34 verlassen.

In der Glocke 22 und in dem Deckel 25 sind öffnungen 28 für den Durchgang eines nicht gezeigten Leuchtfensters bzw. Leuchtzeichens vorgesehen, das auf der Platte 3 in der nicht gezeigten elektrischen Schaltung installiert sein kann.

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Die Eigenschaften des vorstehend beschriebenen Ionendetektors sind besonders vorteilhaft. Dabei sind alle Maßnahmen getroffen, um eine Differenz zwischen dem Ruhezustand, d.h. dem Fehlen von Rauch, und dem Alarmzustand, nämlich dem Vorhandensein von Rauch, in der Meßkammer 1 zu verwirklichen, die so groß wie möglich ist. Die sich auf die Referenzkammer beziehende Kurve 29 hat eine schnelle Sättigung. Diese wird dadurch erreicht, daß die zweite Elektrode 9 dieser Kammer eine Vollscheibe und parallel zur ebenen Fläche dieser gleichen Kammer ist, an der die radioaktive q( -Strahlenquelle 8 angebracht ist, und daß der Abstand zwischen der Scheibe 9 und der radioaktiven &-Strahlungsquelle 8 nur in der Größenordnung von 2 mm liegt. Dieser geringe Abstand und die Tatsache, daß die beiden Elektroden der Kammer parallel sind, ermöglichen die Ausbildung eines ausreichenden elektrischen Feldes. Da die freie Weglänge eines ö( -Teilchens in der Größenordnung von 2 cm liegt, werden nicht soviel Ionen erzeugt, wie mit einer solchen Quelle erzeugt werden könnten, was jedoch nur ein scheinbarer Nachteil ist, da der erhaltene Sättigungsstrom ausreicht, um Transistoren der Bauweise zu aktivieren, wie sie in den elektronischen Schaltungen verwendet werden, die in Kombination mit Ionendetektoren zur Steuerung von Feuerwarnanlagen benutzt werden.

Die Neigung der Kurve 3o der Meßkammer 1 im Falle des Fehlens von Rauch muß so steil wie möglich sein, ohne jedoch die Sättigung zu erreichen. Dies wird dadurch erzielt, daß in der Meßkammer 1 eine zweite Elektrode verwendet wird, welche zwei Teile hat. Der erste Teil 12, der eben, durchbrochen und parallel zur ebenen Fläche 17 der ersten Elektrode ist, trägt die radioaktive Strahlenquelle und befindet sich in einem geringen Abstand, beispielsweise in der Größenordnung von 6 mm, von dieser Quelle 19 entfernt. Der Abstand zwischen der Platte 17 bildet den genannten ebenen Abschnitt der ersten Elektrode. Der durchbrochene

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ebene Abschnitt 12 der zwei ten Elektrode ist ausreichend. , klein, damit alle in dem Dielektrikum gebildeten Ionen eingefangen werden. Dadurch ergibt sich der steile Anstieg der Kurve 3o. In der Meßkammer*1 gehen jedoch keine Ionen verloren, die von den OC-Teilchen auf dem Bahnabschnitt in der Größenordnung von 2 sun jenseits des durchbrochenen _ ebenen Abschnitts 12 gebildet werden können. Die Teilchen können tatsächlich den durchbrochenen ebenen Abschnitt 12 durchqueren. Die jenseits dieses durchbrochenen ebenen Abschnittes gebildeten Ionen werden von der Stange 5 eingefangen. Dadurch, daß die zweite Elektrode der MeBkammer 1 einerseits einen durchbrochenen ebenen Abschnitt, der parallel zu der ebenen Fläche der ersten Elektrode ist, der die radioaktive oi-Strahlenquelle trägt, und andererseits einenzu der ebenen Fläche senkrechte Stange aufweist, die bezüglich der ebenen Fläche 17 auf der anderen Seite des durchbrochenen ebenen Abschnittes 12 liegt, ist es möglich, die Kurve 3o mit der steilen Neigung zu verwirklichen, die gleichzeitig Sättigung nicht erreicht.

Die Kurve 31 in Fig. 4 entspricht dem Vorhandensein von Rauch in der Meßkammer 1.

Da der Potentialunterschied zwischen den ersten Elektroden der Kammer 1 und 2 ein konstanter Wert ist, ergibt sich, daß das Arbeitsniveau bei fehlendem Rauch auf der Linie 32 und bei Vorhandensein von Rauch auf der Linie 33 liegt. Man sieht, daß die Differenz zwischen den beiden Zuständen optimal ist.

Die Gewindestange, mit der die Empfindlichkeit des Detektors regelbar ist, ist in der Meßkammer zwischen der Quelle 19 und dem ebenen Abschnitt 12 der zweiten Elektrode angeordnet» Diese Gewindestange verdeckt fortschreitend die Strahlungsquelle, wodurch die von der zweiten Elektrode

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eingesammelten Ionen verringert werden. Die Wirkung dieser Gewindestange ist somit der Wirkung der Rauchteilchen vergleichbar. Die Empfindlichkeit des Detektors kann somit erhöht werden.

Die Glocke 22, welche einen Faraday-Käfig bildet, schirmt die elektronischen Bauteile ab und begrenzt so die Störinduktionen.

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Claims

ANSPRÜCHE

[ 1. J Ionendetektor mit zwei Ionisationskammern, von denen jede wenigstens eine elektrisch gut leitende, eine erste Elektrode bildende Wand aufweist,;, wobei im Inneren der Kammer eine zweite Elektrode und eine radioaktive^ -Strahlenquelle vorgesehen ist, die Wand der ersten Kammer, der Meßkaramer, wenigstens teilweise durchbrochen ist, und die Wand der zweiten Kammer, der Referenzkammer, geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß in der Meßkammer (1) die o( -Strahlenquelle (19) an einer ebenen Fläche (17) der Kammerwand angebracht ist und daß die zweite Elektrode dieser Kammer (1) einen ebenen durchbrochenen, zu der ebenen Fläche (17) parallelen Abschnitt (12) und eine Stange (5) aufweist, die senkrecht zu dieser ebenen Fläche (17) ist und bezogen auf die ebene Fläche (17) auf der anderen Seite des ebenen durchbrochenen Abschnitts (12) liegt.
2. Ionendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen der ebenen Fläche (17) der Wand der Meßkammer CD und dem durchbrochenen ebenen Abschnitt 112) der zweiten Elektrode der Meßkammer C1) in der Größenordnung von 6 mm liegt.
3. Ionendetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ebene Fläche CI7) von der massiven Basis eines Zylinders (16) gebildet wird, dessen Zylinderwand durchbrochen ist.

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4. Ionendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,daß der ebene durchbrochene Abschnitt (12) der zweiten Elektrode der Meßkammer (1) von wenigstens einem Draht (13, 14) in Form eines zur Stange (5) konzentrischen Kreises und von wenigstens zwei Drähten (15) gebildet ,wird, die den kreisförmigen Draht (13, 14) mit der Stange (5) verbinden* . .
5. Ionendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k-.e η η ζ e i c h η et. durch ein .in. der Meßkammer (1) zwischen der radioaktiven Strahlungsquelle (1?) und dem ebenen Abschnitt,. (17) der zweiten Elektrode verschiebbar angeordnetes Element (2ο).
6. Ionendetektor nach Anspruch 5, dadurch g- e k e η η ze i c h η e t , daß das Element eine Gewindestange (2o) ist i die in die Wand der Meßkammer (1) geschraubt
7. Ionendetektor nach einem der ,vorhergehenden Ansprüche,-dadurch g e k, e η η zeichnet,, daß die Stange .

(5) der Meßkammer (1) sich bis in die Referenzkammer (2) erstreckt, in welcher sie einen ebenen Vollabschnitt (9) trägt, der parallel zu einer ebenen fläche (8) der Referenzkammerwand ist, an der die oH -Strahlungsquelle dieser Kammer (2) angebracht ist, wobei der ebene Vollabschnitt (9) die zweite Elektrode der. Referenz-^., kammer (2) bildet. _t . .
8. Ionendetektor nach Anspruch 7, dadurch . g e ken η. zeichnet , daß der Abstand zwischen dem ebenen Vollabschnitt 19), der die zweite Elektrode der Referenzkammer (2) bildet, und der radioaktiven Strahlungsquelle (8) dieser Kammer in der Größenrodnung von 2 mm liegt.

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Ionendetektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net , daß das Teil in Form der Stange.(5) eine Platte (3) durchsetzt, welche eine gedruckte elektronische Schaltung trägt, wobei die Platte (3) von einer Metallglocke (22) abgedeckt ist, die auf der Oberseite offen ist und dort einen durchbrochenen Metallzylinder (16) trägt, der die Wand der Meßkamraer (1) bildet.

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