EP0696787A1 - Luftdruckkompensierte Branderkennungsvorrichtung und Verfahren - Google Patents
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- G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
Definitions
- the present invention relates to a method for detecting fires and gases in rooms or in electrical or electronic devices, in which a representative volume fraction of the room air or the cooling air flow of the device is tapped and fed to a measuring chamber with at least one detector for detecting a fire parameter, and in which the mass flow of the supplied air is monitored for changes.
- the present invention further relates to a fire detection device for carrying out the above method, with a detector for detecting a fire parameter, to which a representative volume fraction of room or device air is supplied, and with an air flow sensor, with which the mass flow of the supplied air is monitored for changes.
- Fire or gas detection devices are also known, for example, under the technical term "facility protection systems". Typical areas of application for fire or gas detection devices are EDP systems and in particular individual components thereof, and similar electronic devices, such as, for example, measuring, control and regulating systems, switching devices and private branch exchanges and the like.
- the term "fire parameter" is understood to mean physical parameters which are subject to measurable changes in the vicinity of an incipient fire, e.g. the ambient temperature, the proportion of solid or liquid or gas in the ambient air (formation of smoke in the form of particles or aerosols, or steam) or the ambient radiation.
- a fire or gas detection device to which the present invention relates branches off a representative part of the device cooling air via a pipe or duct system or actively draws in room or device air at certain points, and then guides this representative part of the measuring chamber with the detector to record a fire parameter.
- the suction pipes are for sucking in the room or device air or ducts with suction openings.
- thermal air flow sensors are usually used, in which the cooling of a heated sensor element is the measure of the air flow. This cooling depends on how many air molecules flow past the heated sensor element per unit of time. The output signal of the thermal air flow sensor is thus a measure of the mass flow ⁇ .
- the air flow sensor monitors the mass flow within a bandwidth between an upper threshold and a lower threshold.
- experience has shown that the output signal of the airflow sensor was also exposed to fluctuations in air pressure fluctuations or temperature fluctuations, so that the output signal of the airflow sensor exceeded or fell below the predetermined threshold values without the presence of a real malfunction and to avoid this effect the bandwidth between the upper one and the lower threshold had to be increased.
- this has the disadvantage that the sensitivity of the fire detection device could not be sensitive enough to detect changes in the amount of room or device air drawn in.
- This object is achieved according to the invention in a method with the known method steps mentioned at the outset by compensating for pressure fluctuations acting on the tapped and supplied air, in particular the atmospheric air pressure.
- a fire detection device for carrying out the method, which, in addition to the known features mentioned at the outset, has a pressure sensor whose output signal represents the pressure acting on the air supplied, and a first compensation device for compensating the output signal of the airflow sensor as a function of the output signal of the pressure sensor.
- volume flow V ⁇ of the tapped representative partial air quantity or its flow velocity is of interest.
- equation (III.) By inserting equation (III.) Into equation (I.), there is a dependency on what is measured by the airflow sensor Mass flow ⁇ from the temperature T L and from the pressure p that acts on the air.
- the advantages of these solutions according to the invention are, in particular, that weather-related changes in air pressure which change the density of the representative air subset can be compensated for.
- the advantage of the solutions according to the invention is particularly clear in the case of fire detection devices in mobile use, for example in a mountain locomotive or the like. There, the pressure differences are up to 300 hPa when there are large differences in height.
- the more sensitive monitoring of a possible infarction of the outlet openings allows the monitoring area of a device to be enlarged, thereby achieving greater economic benefits.
- the compensation is preferably carried out in that the output signal (actual value) of an air flow sensor for measuring the mass flow of the supplied air is corrected by the output signal of a pressure sensor.
- a temperature sensor is accordingly provided, the output signal of which represents the temperature of the air supplied, and a second compensation device for compensating the output signal of the air flow sensor as a function of the output signal of the temperature sensor.
- FIG. 2 shows a block diagram of a pressure-compensated air flow sensor in a fire detection device.
- a fan 11 continuously sucks a representative volume fraction a room air or a cooling air flow of a bone and leads this to a measuring chamber (not shown) with a detector for detecting a fire parameter.
- the air flow is monitored by a thermal air flow sensor 2 in accordance with the explanations for FIG. 1.
- a pressure sensor 4 is provided which supplies a signal which is proportional to the absolute air pressure and which is fed to a first compensation device 6.
- This first compensation device 6 also receives the output signal 9 of the air flow sensor.
- the output signal 9 of the air flow sensor 2 is corrected. This compensates for the influence of the changes in air density by the air pressure both on the intake power of the fan and on the mass flow ⁇ flowing through the air flow sensor 2.
- a temperature sensor 10 is used to compensate for the influence of temperature on the air density.
- the output signal of the temperature sensor 10 is fed to a second compensation device 8, which receives the output signal of the first compensation device 6 as a further input signal.
- the temperature influence on the suction power of the fan 11 and on the air flow and pressure sensors can thus be corrected.
- the double-compensated output signal of the second compensation device 8 is first fed to an amplifier 12 and then to a matching device 13 and finally to a comparator 14.
- the comparator 14 receives the upper threshold value 1 and the lower threshold value 3 as comparison values at two further inputs.
- the output signal of the balancing device 13 is greater than the upper threshold value 1, there is probably a break in the intake system; If the output signal of the adjustment device 13 is less than the lower threshold value 3, there is probably a blockage in the intake system or a fan failure.
- the area 21 of the block diagram according to FIG. 2 represents a possible further processing of the double-compensated air flow sensor signal 9.
- Reference numeral 15 denotes the signal for a break in the intake system, and reference numeral 16 the signal for a possible blockage or fan failure.
- These signals are fed via an OR gate 17 and a time delay element 18 to a fault display 19 and a switching relay 20 for further measures.
- An airflow fault is indicated by the fault LED of the fault indicator 19 flashing. After a delay time that can be set via the time delay element 18 has elapsed, the display changes to a steady light and the message is forwarded via the fault relay 20 to a fire alarm control panel.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Bränden und Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elektronischen Geräten, bei dem ein repräsentativer Volumenanteil der Raumluft bzw. des Kühlluftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfasung einer Brandkenngröße zugeführt wird, und bei dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, mit einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein repräsentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräteluft zugeführt wird, und mit einem Luftstromsensor, mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird.
- Brand- oder Gaserkennungsvorrichtungen sind beispielsweise auch unter dem Fachbegriff 'Einrichtungsschutzanlagen' bekannt. Typische Anwendungsbereiche für Brand- oder Gaserkennungsvorrichtungen sind EDV-Anlagen und insbesondere einzelne Komponenten davon, sowie ähnliche elektronische Einrichtungen, wie beispielsweise Meß-, Steuer- und Regelanlagen, Vermittlungseinrichtungen und Nebenstellenanlagen und dergleichen. Unter dem Begriff "Brandkenngröße" werden physikalische Größen verstanden, die in der Umgebung eines Entstehungsbrandes meßbaren Veränderungen unterliegen, z.B. die Umgebungstemperatur, der Feststoff- oder Flüssigkeits- oder Gasanteil in der Umgebungsluft (Bildung von Rauch in Form von Partikeln oder Aerosolen, oder Dampf) oder die Umgebungsstrahlung.
- Eine Brand- oder Gaserkennungsvorrichtung, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, zweigt über ein Rohrleitungs- oder Kanalsystem eine repräsentative Teilmenge der Gerätekühlluft ab oder saugt an bestimmten Stellen Raum- oder Geräteluft aktiv an, und führt dann diese repräsentative Teilmenge der Meßkammer mit dem Detektor zur Erfasung einer Brandkenngröße zu. Zum Ansaugen der Raum- oder Geräteluft sind die Ansaugrohre bzw. -kanäle mit Ansaugöffnungen versehen. Eine wichtige Voraussetzung für die Erkennung eines Entstehungsbrandes im frühesten Stadium besteht darin, daß die Branderkennungsvorrichtung ununterbrochen eine ausreichende repräsentative Luftmenge ansaugen und dem Detektor in der Meßkammer zuführen kann. Es ist also wichtig, daß bei gleichbleibender Saugleistung eines Lüfters und bei einem gleichbleibendem Ansaugsystem die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom der angesaugten Raum- oder Geräteluft gleich bleibt.
- Zur Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Volumenstroms ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, einen Luftstromsensor zur Messung des Massenstroms ṁ der zugeführten Luftteilmenge zu überwachen. Hierzu werden üblicherweise thermische Luftstromsensoren verwendet, bei denen die Abkühlung eines beheizten Sensorelements das Maß für den Luftstrom ist. Diese Abkühlung hängt davon ab, wieviele Luftmoleküle pro Zeiteinheit an dem beheizten Sensorelement vorbeiströmen. Damit ist das Ausgangssignal des thermischen Luftstromsensors ein Maß für den Massenstrom ṁ.
- Mittels des Luftstromsensors wird der Massenstrom innerhalb einer Bandbreite zwischen einem oberen Schwellwert und einem unteren Schwellwert überwacht. Hierbei haben allerdings Erfahrungen gezeigt, daß das Ausgangssignal des Luftstromsensors bei Luftdruckschwankungen oder Temperaturschwankungen ebenfalls Schwankungen ausgesetzt war, so daß das Ausgangssignal des Luftstromsensors die vorgegebenen Schwellwerte ohne Vorliegen eines wirklichen Störfalles über- bzw. unterschritten hat und zur Vermeidung dieses Effekts die Bandbreite zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert vergrößert werden mußte. Das bringt allerdings den Nachteil mit sich, daß die Empfindlichkeit der Branderkennungsvorrichtung bei der Erkennung von Änderungen der Menge der angesaugten Raum- oder Geräteluft nicht sensibel genug reagieren konnten.
- An diesem Problem setzt die vorliegende Erfindung an, als deren Aufgabe es angesehen wurde, die Empfindlichkeit des Luftstromsensors, und damit die Verläßlichkeit der gesamten Branderkennungsvorrichtung, sowie den mit ihr abdeckbaren Überwachungsbereich weiter zu steigern.
- Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten bekannten Verfahrensschritten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks, kompensiert werden.
- Die Aufgabe wird ferner durch eine Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst, die zusätzlich zu den eingangs genannten bekannten Merkmalen einen Drucksensor aufweist, dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft einwirkenden Druck repräsentiert, und eine erste Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors.
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- Durch Einsetzen der Gleichung (III.) in die Gleichung (I.) ergibt sich eine Abhängigkeit des von dem Luftstromsensor gemessenen Massenstroms ṁ von der Temperatur TL und von dem Druck p, der auf die Luft wirkt.
- Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Lösungen liegen insbesondere darin, daß wetterbedingte Luftdruckänderungen, welche die Dichte der repräsentativen Luft-Teilmenge verändern, kompensiert werden können. Besonders deutlich wird der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen bei Branderkennungsvorrichtungen im mobilen Einsatz, beispielsweise in einer gebirgegängigen Lokomotive oder dergleichen. Dort betragen die Druckunterschiede bei großen Höhenunterschieden bis zu 300 hPa. Darüber hinaus läßt sich durch die sensiblere Überwachung eines möglichen Infarktes der Ausgangöffnungen der Überwachungsbereich eines Gerätes vergrößern, wodurch ein größerer wirtschaftlicher Nutzen erzielt wird.
- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben, und zur Branderkennungsvorrichtung in dem Unteranspruch 5.
- Die Kompensation erfolgt vorzugsweise dadurch, daß das Ausgangssignal (Ist-Wert) eines Luftstromsensors zur Messung des Massenstroms der zugeführten Luft durch das Ausgangssingal eines Drucksensors korrigiert wird.
- Da auch die Temperatur der abgegriffenen und zugeführten Luft Auswirkungen auf das Ausgangssignal des Luftstromsensors hat, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß auch diese Temperaturschwankungen kompensiert werden.
- In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Branderkennungsvorrichtung ist demgemäß ein Temperatursensor vorgesehen, dessen Ausgangssignal die Temperatur der zugeführten Luft repräsentiert, und eine zweite Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Temperatursensors.
- Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Figur 1
- ein Diagramm des Ausgangssignals eines Luftstromsensors über der Zeit; und
- Figur 2
- ein Blockschaltbild eines druck- und temperaturkompensierten Luftstromsensors
- Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines druckkompensierten Luftstromsensors in einer Branderkennungsvorrichtung. Ein Lüfter 11 saugt kontinuierlich einen repräsentativen Volumenanteil einer Raumluft bzw. eines Kühlluftstroms eines Grätes an und führt diesen einer (nicht dargestellten) Meßkammer mit einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zu. Der Luftstrom wird durch einen thermischen Luftstromsensor 2 gemäß den Erläuterungen zu Figur 1 überwacht. Um das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors 2 unabhängig von dem auf die Luft einwirkenden Druck und unabhängig von der Lufttemperatur möglichst konstant zu halten, ist ein Drucksensor 4 vorgesehen, der ein zum absoluten Luftdruck proportionales Signal liefert, das einer ersten Kompensationseinrichtung 6 zugeführt wird. Diese erste Kompensationseinrichtung 6 erhält auch das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors. In der ersten Kompensationseinrichtung 6 wird das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors 2 korrigert. Damit wird der Einfluß der Luftdichte-Änderungen durch den Luftdruck sowohl auf die Ansaugleistung des Lüfters als auch auf den Massenstrom ṁ, der den Luftstromsensor 2 durchströmt, kompensiert.
- Zusätzlich wird in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Temperatursensor 10 zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Luftdichte eingesetzt. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 10 wird einer zweiten Kompensationseinrichtung 8 zugeführt, die als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal der ersten Kompensationseinrichtung 6 erhält. Damit kann der Temperatureinfluß auf die Ansaugleistung des Lüfters 11 und auf die Luftstrom- und Drucksensoren korrigiert werden. Das doppelt kompensierte Ausgangssignal der zweiten Kompensationseinrichtung 8 wird zunächst einem Verstärker 12 und danach einer Abgleicheinrichtung 13 und schließlich einem Komparator 14 zugeführt. Der Komparator 14 erhält an zwei weiteren Eingängen den oberen Schwellwert 1 und den unteren Schwellwert 3 als Vergleichswerte. Ist das Ausgangssignal der Abgleicheinrichtung 13 größer als der obere Schwellwert 1, liegt vermutlich ein Bruch des Ansaugsystems vor; ist das Ausgangssignal der Abgleicheinrichtung 13 kleiner als der untere Schwellwert 3, liegt vermutlich eine Verstopfung des Ansaugsystems oder ein Lüfterausfall vor.
- Der Bereich 21 des Blockschaltbilds gemäß Figur 2 stellt eine mögliche Weiterverarbeitung des doppelt kompensierten Luftstromsensorsignals 9 dar. Mit der Bezugsziffer 15 ist das Signal für einen Bruch im Ansaugsystem bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 16 das Signal für eine mögliche Verstopfung oder einen Lüfterausfall. Diese Signale werden über ein ODER-Glied 17 und über ein Zeitverzögerungsglied 18 einer Störungsanzeige 19 und einem Schaltrelais 20 für weitere Maßnahmen zugeführt. Eine Luftstromstörung wird durch Blinken der Störungs-Leuchtdiode der Störungsanzeige 19 angezeigt. Nach Ablauf einer über das Zeitverzögerungsglied 18 einstellbaren Verzögerungszeit geht die Anzeige in ein Dauerlicht über, und die Meldung wird über das Störungsrelais 20 an eine Brandmeldezentrale weitergeleitet.
Claims (5)
- Verfahren zum Erkennen von Bränden und Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elektronischen Geräten, bei dem ein repräsentativer Volumenanteil der Raumluft bzw. des Kühlluftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zugeführt wird, und bei dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks, kompensiert werden. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal (Ist-Wert) eines Luftstromsensors (2) zur Messung des Massenstroms der zugeführten Luft durch das Ausgangssignal eines Drucksensor (4) korrigiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Temperaturschwankungen kompensiert werden. - Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein repräsentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräteluft zugeführt wird, und mit einem Luftstromsensor (2), mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird,
gekennzeichnet durch
einen Drucksensor (4), dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft einwirkenden Druck repräsentiert, und eine erste Kompensationseinrichtung (6) zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors (2) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors (4). - Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch
einen Temperatursensor (10), dessen Ausgangssignal die Temperatur der zugeführten Luft repräsentiert, und eine zweite Kompensationseinrichtung (8) zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors (2) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Temperatursensors (10).
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