DK163152B - Ionisationsniveaudetektor - Google Patents

Description

- i -

DK 163152B

Opfindelsen angår en af en elektrisk lysbue styret ionisationsniveaudetektor .

Anvendelsen af iondetektorer som brandalarmer er allerede 5 meget udbredt på grund af den yderst hurtige reaktion hos disse apparater og deres ringe følsomhed over for gassernes skadelige indvirkning.

Fra det amerikanske patentskrift nr. 3.978.397 er det kendt 10 i et eneste kammer at frembringe en ionisation af luften mellem et første elektrodepar i en første periode, derpå at lade ionisationen af luften klinge af i en anden periode og endelig at måle den tilbageværende ionisation af luften mellem et andet elektrodepar i en tredje periode. De tre 15 perioder bestemmes af en cyklisk styreanordning, og de har hver især konstant varighed. I den tredje periode måler man en strøm, som varierer afhængig af, om kammeret er forurenet af røg eller ej. Ulempen ved denne anordning er, at man må foretage en direkte periodisk måling af strømmens 20 variable amplitude.

Ifølge opfindelsen anvises en ioniseringsniveaudetektor af den i krav l's indledning angivne art, som ikke har den ovennævnte ulempe, og denne detektor er ejendommelig ved 25 det i krav l's kendetegnende del anførte.

En foretrukket udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen kan yderligere være ejendommelig ved det i krav 2-7 anførte.

30

Opfindelsen skal forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk billede af apparatet og dets kredsløb, 35 fig. 2 et diagram, som viser styrespændingerne for den transistor, som styrer udløsningen af den elektri- - 2 -

DK 163152B

ske bue, fig. 3 et eksempel på udviklingen af styrespændinger for buen og variationen i ledningsevnen mellem måleelektroderne, 5 fig. 4 et skema for et signalkredsløb til detektering af et brat fald i ledningsevnen, fig. 5 en variant af indretningen i fig. 4, fig. 6 et spændingsskema for styreindretningen for udløsning af den elektriske bue, fig. 7 en variant af indretningen i fig. 5, og fig. 8 et eksempel på styrespændinger i den i fig. 7 viste signalindretning.

Den i fig. 1 skematisk viste detektor omfatter et eneste 15 kammer 4, hvis åbning er dækket med et fint beskyttelsesgitter 5, som er jordet. Gitteret tillader bl.a. undertrykning af interferens fra radioelektriske kilder. Elektroder E^ og som tjener til frembringelse af intermitterende buer, samt elektroder E^ og til måling af mil-20 jøets ledningsevne modtager spænding fra viklingen 7 i en transformer, hvis primærspole 8 styres af transistorens Z^ port 9. Denne port er ved hjælp af kredsløbet 10 forbundet med kredsløbet til måling af ledningsevnen i rummet mellem elektroderne E^ og E^.

25

Spændingstilføringen til primærviklingen 8 sker ved hjælp af terminalerne 1 og 2, som er forbundet med tilslutningsstederne for hele nettet, som leverer henholdsvis en positiv spænding til terminalen 1, på fx +6V, og en negativ 30 spænding til terminalen 2 på -6V. Referencespændingen for terminalen 3 kan være +6V. I fravær af ledning over transistoren Z^ oplades kondensatoren C^, som er forbundet til jord og til terminalen 1 igennem en modstand R^. Når nu spændingen på anoden 11 vokser og overstiger spændingen på 35 porten 9, aflades kondensatoren C^ ved hjælp af transistoren Z^ over transformerens primærvikling 8. Afladningen sker i et meget kort tidsrum, idet der opstår en betydelig

DK 163152 B

- 3 - potentialforskel ved tilslutningsstederne for sekundærviklingen 7, som er forbundet med elektroderne E^ og E2, hvorved der dannes en elektrisk bue mellem disse elektroder. Væksten i ioniseringen i miljøet i kammeret 4 forøger led-5 ningsevnen mellem elektroderne E3 og E^r hvilket medfører en vækst i spændingen på porten 9. Da kondensatoren netop er blevet afladet, vil det fænomen, at anodens 11 spænding overstiger portens 9 spænding, foregå i løbet af meget kort tid, idet afladningen af kondensatoren medfører, 10 at transistoren øjeblikkeligt afskærer tilføringen til viklingen 8.

Man vil se, at så snart kammeret 4 er ioniseret, oplades kondensatoren til en vis værdi, og at det øjeblik, hvor 15 spændingen på porten 9 overstiger spændingen på anoden, er en funktion af ledningsevnen i rummet mellem elektroderne E^ og E^ samt af værdierne for modstandene og R^. Heraf følger, at hvis ledningsevnen i tidens løb varierer mellem E^ og E^ som følge af en hurtig forsvinden af ionerne som 20 følge af indtrængning i kammeret 4 af partikler udsendt under fx en brand, så vokser exciteringshyppigheden for buen mellem E^ og E^· Man får således et bekvemt middel til detektering af forureningen af det miljø, som omgiver kammeret 4.

25 I fig. 2 viser kurven for nedgangen i spændingen på porten 9, hvilket medfører den pludselige ledning for Z^r når den ved repræsenterede anodespænding overstiger værdien VL for spændingen på porten 9. Spændingen V^ på kato-30 den 12 vokser da kraftigt i øjeblikket t^ og aftager derefter indtil øjeblikket · Kondensatoren oplades atter, og en ny cyklus begynder.

I fig. 3 er der vist en serie af styreimpulser for den 35 elektriske bue, som fremkalder ioniseringen af kammeret 4, samt kurven 13 for ledningsevne i afhængighed af tiden i løbet af detekteringen af en vis forurening, som man yder- - 4 -

DK 163152B

ligere detekterer ved frekvensen af styreimpulserne for buen mellem elektroderne E^ og E2·

Et alarmsignal af enhver type kan udløses ved den i fig. 4 5 viste indretning 30. Denne indretning kan fx omfatte et kredsløb til detektering af manglende impuls af den type, som går i handelen under betegnelsen "Philips 555", og som man blot behøver at slutte til de i skemaet i fig. 1 viste elementer, idet man forbinder detekteringskredsløbets ind-10 gang 2 til terminalen 3 i kredsløbet i fig. 1. Udgangen 24 for detekteringsindretningen 30 forbindes med enhver ønsket alarmindretning 31. Dette vil sige, at når der er afstand mellem impulserne som i fig. 3 før en vækst i ledningsevnen, giver kredsløbet 30 en normal reaktion mellem A og B.

15 Derimod medfører væksten i hyppigheden af impulserne mellem punkterne B og C et udgangssignal ved 24 i detekteringsindretningen 30. Forbindelsen 32 til alarmsystemet 31 udløser således enhver ønsket indretning. Udløsningssignalet ved 24 forsvinder først ved tilbagevenden til den op-20 rindelige frekvens ved C.

En variant af signalstyrekredsløbet er vist i fig. 5. I denne variant er forbindelsespunktet 14 for modstandene og Rg forbundet dels direkte til den negative indgang af en 25 operationsforstærker 15, dels til dennes positive indgang ved hjælp af et kredsløb, som udgøres af dioden D2 og det forbindelsesled, som består af modstanden og kondensatoren Cg· 30 I fig. 6 er der vist en kurve 16 for nedgangen i ledningsevnen i det normale miljø, som den ioniske detektor overvåger, og 17 betegner kurven for faldet i spændingen ved indgangen til kredsløbet R^,Cg i afhængighed af tiden, idet dette kredsløb i forvejen er dimensioneret på en sådan må-35 de, at værdien af den spænding, som repræsenteres af kurven 17, til enhver tid er lavere end den spænding, som repræsenteres af kurven 16. Den af kurven 17 repræsenterede - 5 -

DK 163152B

spænding tjener som referencetærskel og gør det muligt, så snart partikler trænger ind i kammeret 4 og medfører en formindskelse af antallet af ioner i rummet og E^, at styre operationsforstærkeren 15, idet spændingskurven 5 for forbindelsespunktet 14 aftager hurtigere end spændingen for kredsløbet R^-C^. Forstærkerens 15 udgangspunkt VQ kan benyttes til at styre ethvert ønsket alarmkredsløb som fx 31.

10 Dette meget simple signalstyrekredsløb har den fordel at være meget følsomt, og det egner sig især til overvågning af miljøer, hvor fugtighed og temperatur er forholdsvis konstante.

15 Når det miljø, som skal overvåges, udviser store variationer i fugtighed og temperatur, som påvirker bevægeligheden af ionerne samt hurtigheden for deres forsvinden, kan signalstyreindretningen erstattes med den i fig. 7 viste indretning, som gør det muligt at sammenligne spændingen V^q, 20 i forbindelsespunktet 14 efter en i forvejen vedtaget periode efter styringen af den bue, som medfører ioniseringen, med den tidligere værdi for denne spænding V^q, som er blevet registreret i forvejen.

25 Til dette formål påtrykkes spændingen V^Q, som er repræse-tativ for ledningsevnen mellem elektroderne og E^, operationsforstærkeren 18, som tjener som impedanstransformer, så at samme spænding fra kilden V^q påtrykkes terminalen 27 på en MOS-transistor 26, hvis drain ved 28 er forbundet med 30 den negative indgang på forstærkeren 20 og til modstanden r5.

Porten 29, som styrer MOS-transistorens 26 ledningsevne, der tjener som afbryder, er ved 32 forbundet til forsinkel-35 seskredsløbet 23. Dette kredsløb medfører en forsinkelse T2 af transmissionen (fig. 8) af det signal, som transmitteres ved hjælp af det differentielle kredsløb C7,R^. Det- - 6 -

DK 163152B

te signal kommer fra forstærkeren 19 via kredsløbet Cg,Rg og forsinkelseskredsløbet 22, som indfører den viste forsinkelse (fig. 8).

5 Så snart spændingen V^g overstiger en referenceværdi, som påtrykkes indgangen 21 på forstærkeren 19, afgiver denne en negativ impuls til kredsløbet 22 over det differentielle kredsløb CgRg. Denne impuls er i sig selv forsinket med tiden T£- 10

Deraf følger, at når spændingen V^g via MOS-transistoren 26 påtrykkes terminalen 28 og kredsløbet R^,Cg, så forholder det sig på den måde, at hvis kondensatorens spænding, som repræsenterer den gamle værdi for V^g, hvilket er til-15 fældet for værdierne B og C i fig. 8, er mindre end den nye værdi for V^g, så forbliver forstærkerens 20 udgang 33 på værdien 0.

Hvis derimod den gamle værdi for V^g, som repræsenteres ved 20 kondensatoren C^, er større end den nye, hvilket er tilfældet for værdierne B og A i fig. 8, så registreres den nye værdi ved hjælp af Cg, og forstærkerens 20 udgang 33 leverer et signal, som transmitteres til enhver ønskelig alarmindretning såsom 31.

25

Det er således muligt nøje at analysere både generelle variationer i nedgangen i ledningsevnen for miljøet og variationer hidrørende fra ionernes forskellige bevægeligheder.

30 35

Claims (7)

1. Ionisationsniveaudetektor for et gasformigt medium af den type, som omfatter et eneste kammer (4), i hvilket er 5 anordnet et første par elektroder (E^,E2), mellem hvilke en elektrisk lysbue bevirker ionisation af det gasformige medium, og et andet par elektroder (Ε^,Ε^), mellem hvilke man måler konduktiviteten hos det gasformige medium efter den ved hjælp af den elektriske lysbue frembragte ionisati-10 on, kendetegnet ved, at den omfatter: en kreds for udladning af den elektriske lysbue med en resistor (R^) og en kondensator (C^) i serie, over hvilke en konstant spænding er pålagt, hvorved kredsens (R^C^) midtpunkt via en transistor (Z^) er forbundet med primær-15 spolen (8) hos en transformator, og sekundærspolen (7) hos transformatoren er indkoblet mellem de to elektroder (E1,E2) i det første elektrodepar, en kreds for måling af konduktiviteten hos det gasformige medium, omfattende en kondensator (C2) og to resistorer 20 (R^,R2) koblet i serie mellem elektroderne (Ε^,Ε^) i det andet par, - og en kreds (10) indkoblet mellem det fælles punkt (14) for de to resistorer (R^rR^ i kredsen for måling af konduktiviteten hos det gasformige medium og styreelektroden 25 (9) hos transistoren (Z^) i kredsen for udladning af den elektriske lysbue, så at den elektriske lysbue tændes, når potentialet hos transistorens (Z^) anode (11), som hidrører fra ladningen på kondensatoren (C^), overskrider potentialet hos transistorens (Z^) styreelektrode (9), som hidrører 30 fra målingen af konduktiviteten hos det gasformige medium, og som repræsenterer det niveau, hvortil ionisationen i kammeret er aftaget.

2. Detektor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 35 elektroderne (Ε^,Ε^) for måling af konduktiviteten hos det gasformige medium fødes med spænding fra transformatorens sekundærspole (7), hvilket via en diode () er parallel- DK 163152B - 8 - koblet med kondensatoren (C2).

3. Detektor ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den desuden omfatter en anordning for signalering (31) af 5 konduktivitetsfaldet, hvilken styres af en detektor (30) for variationen i kondensatorens (C^) 1adningsfrekvens.

4. Detektor ifølge krav log 3, kendetegnet ved, at transistorens (Z^) katode (12) er forbundet med en 10 indgang (25) til detektoren (30) for variationen i kondensatorens (C^) ladningsfrekvens.

5. Detektor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det fælles punkt (14) for de to resistorer (R^fR2^ 15 kredsen for måling af konduktiviteten hos det gasformige medium er forbundet dels direkte med den negative indgang til en operationsforstærker (15), dels med den positive indgang til nævnte operationsforstærker (15) via en kreds (R^C^) med en resistor og en kondensator i parallelkob-20 ling, som genererer en synkende variabel spænding (17), hvilken er lavere end den teoretiske synkende variable spænding (16), som modsvarer ionisationens aftagen i kammeret (4).

6. Detektor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det fælles punkt (14) for de to resistorer {R^/R^} i kredsen for måling af konduktiviteten hos det gasformige medium er forbundet dels med en hukommelsesanordning (C^) for den spænding (V.^), som r©Præsenterer konduktiviteten mellem 30 måleelektroderne (E^,E^), dels med en styreanordning (19), hvis udgang er forsynet med to forsinkelsesanordninger (22, 23), hvilke styrer den nævnte spændings (V^) adgang både til hukommelsen (C^) og til en operationsforstærker (20), som styrer en signalanordning (31).

7. Detektor ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den nævnte spændings (V^q) adgang til hukommelsen (C,.) sty- 35 DK 163152B - 9 - res af en MOS-transistor (26), hvilken anvendes som strømafbryder og styres af styreanordningen (19), hvorved denne styreanordning (19) udgøres af en operationsforstærker, som modtager dels en referencespænding (21), dels den spænding 5 (Viq)r som repræsenterer konduktiviteten mellem måleelektroderne (e3,e4). 10 15 20 25 30 35