Rauchmelder, die verschiedene elektronische Mittel enthalten, um ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn die Rauchkonzentration in der Umgebungsluft einen vorbestimmten Wert überschreitet, stehen verbreitet in Verwendung.
Ein Nachteil der bekannten Rauchmelder besteht darin, dass es zwar wünschbar wäre, die Rauchmelder so einzustellen, dass sie schon bei Rauchkonzentrationen von nur etwa 0,2% einen Alarm auslösen, dass sie aber in der Praxis, um Fehlalarme infolge von Rauch aus anderen Quellen als einem Brand, z. B. von Tabakrauch, oder infolge von starkem Staubgehalt der Luft oder von Küchenrauch usw. zu vermeiden, so eingestellt werden müssen, dass eine Rauchkonzentration von wenigstens 2% erforderlich ist, bevor der Alarm ausgelöst wird.
Deshalb können solche Rauchmelder unter Umständen ein schwelendes Feuer in einem Raum mit einiger Luftzirkulation, so dass die Rauchkonzentration von 2% nicht erreicht wird, überhaupt nicht feststellen.
Ein anderer Nachteil derjenigen bekannten Rauchmelder, welche einen Fotowiderstand als Detektorelement verwenden, besteht darin, dass die Ansprechzeit des Fotowiderstandes, wenn plötzlich von Rauchteilchen reflektiertes Licht auf ihn trifft, von der einfallenden Lichtintensität abhängig ist, da solche Fotowiderstände ähnlich wie Kondensatoren reagieren, bei denen die Aufladungszeit von der angelegten Spannung abhängig ist.
Bei geringen Rauchkonzentrationen, bei denen die Intensität des reflektierten Lichtes niedrig ist, kann eine übermässig lange Zeit vergehen, bis die Fotowiderstandszelle ausreichend reagiert, um den Alarm auszulösen. Ferner kann eine sehr hohe Rauchkonzentration, die plötzlich auftritt, z. B. wenn ein schwelendes brennbares Material in Flammen ausbricht, unter Umständen so rasch in den Rauchmelder eindringen, dass die Intensität des reflektierten Lichtes wegen des dichten Rauches unter den für die Alarmauslösung erforderlichen Wert sinkt, bevor der Fotowiderstand den Alarm auslösen konnte.
Diese Situation ist besonders schwerwiegend in Rauchmeldern, die als Lichtquelle lichtemittierende Dioden verwenden, weil die Lichtleistung solcher Dioden, wenn sie mit genügend niedrigen Strömen zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer betrieben werden, wesentlich (z. B. um einen Faktor 20) geringer ist als die Lichtleistung einer Glühlampe.
Ein Rauchmelder mit einer lichtemittierenden Diode als Lichtquelle und mit einem Fotowiderstand, der so eingestellt ist, dass er bei einer andauernden Rauchkonzentration von 2% (definiert als die Rauchmenge, die die Lichtintensität auf einer Strecke von 30 cm um 2% herabsetzt) den Alarm auslöst, kann bei einer Rauchkonzentration von knapp über 2% bis zu 10 Minuten oder mehr benötigen, bis der Widerstand der Fotowiderstandszelle auf den Alarmauslösewert gesunken ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Rauchmelder, der gekennzeichnet ist durch Mittel, die auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit der Zunahme der Rauchkonzentration ansprechen, um ein Signal zu erzeugen, sowie Mittel, die in einem ersten Zustand auf eine vorbestimmte Rauchkonzentration ansprechen, um ein Alarmsignal zu liefern, und die von dem Signal der Signalerzeugungsmittel in einen anderen Zustand bringbar sind, in dem sie schon auf eine kleinere als die vorbestimmte Rauchkonzentration ansprechen, um das Alarmsignal zu liefern.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Rauchmelders näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Einrichtung eines Rauchmelders,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht von Teilen eines anderen Rauchmelders,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elektronischen Schaltung eines Rauchmelders, in der ein Änderungsgeschwindigkeitsdetektor so geschaltet ist, dass er die Leistung der Lichtquelle erhöht, wenn die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung der Fotozelle einen vorbestimmten Wert überschreitet,
Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung von Fig. 3, mit einem Zeitgeber, der vom Änderungsgeschwindigkeitsdetektor betätigt wird, um die erhöhte Leistung der Lichtquelle während einer vorbestimmten Zeit aufrechtzuerhalten,
Fig.
5 eine schematische Darstellung einer anderen Rauchmelderschaltung, in der der Änderungsgeschwindigkeitsdetektor so angeordnet ist, dass er die Grösse des Eichwiderstandes der Fotozelle verändert, wenn die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung der Fotozelle einen vorbestimmten Wert überschreitet, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer elektronischen Schaltung mit einem Änderungsgeschwindigkeitsdetektor in einem Rauchmelder, der als rauchempfindliche Einrichtung eine Ionisationskammer enthält, wobei der Änderungsgeschwindigkeitsdetektor dazu dient, die Empfindlichkeit der Ionisationskammer zu erhöhen.
Der Rauchmelder, von dem in Fig. 1 einige Teile schematisch dargestellt sind, enthält einen Fotowiderstand C1, der auf Licht anspricht, das von Rauchteilchen in einem Lichtstrahl reflektiert wird. In einem Trägerblock 10 sind zwei Öffnungen 12 und 14 vorgesehen, die von den Enden des Blockes ausgehen und in einem Abstand voneinander auf der Vorderseite 16 des Blockes münden.
Hinter der Öffnung 12 ist eine Lichtquelle 18 angeordnet, die mit einer Linse 20 in der Öffnung zusammenwirkt, um einen Lichtstrahl zu erzeugen, der aus dem vorderen Ende der Öffnung austritt. Die Fotowiderstandszelle C1 und eine geeignete Sammellinse 22 sind in der Öffnung 14 angeordnet. Die Öffnungen 12 und 14 stehen zueinander in einem Winkel von beispielsweise etwa 135 , so dass mit Vorwärtsstreuung des Lichtes gearbeitet wird.
In Fig. 2 sind in Seitenansicht und teilweise im Schnitt Teile eines Rauchmelders dargestellt, der dem in Fig. 1 gezeigten ähnlich ist, aber zusätzlich noch Mittel zum Steuern der Leistung der Lichtquelle enthält. Zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Teilen enthält der Rauchmelder gemäss Fig. 3 eine Fotowiderstandszelle C3, die im Trägerblock 10 montiert ist, und einen Lichtleiter, z. B. einen Acrylstab 24, der sich von der Zelle C3 aus nach oben in den Lichtstrahl erstreckt, um Licht aus demselben auf die Oberfläche der Fotozelle zu leiten. Eine Einstellschraube 26 dient der Einstellung der von der Zelle C3 empfangenen Lichtmenge.
Fig. 3 zeigt ein Schaltschema eines Rauchmelders mit einem Änderungsgeschwindigkeitsdetektor und mit Mitteln zum Steuern der Leistung der Lichtquelle. Der Rauchmelder gemäss Fig. 2 und 3 enthält eine Fotowiderstandszelle C1, die in Reihe mit einem Widerstand R1 an eine Spannungsquelle P angeschlossen ist. Am Verbindungspunkt J1 zwischen der Zelle C1 und dem Widerstand R1 entsteht eine Spannung, die eine Funktion des Widerstandes der Zelle C1 ist. Diese Spannung wird dem Eingang eines als Differentialverstärker ausgebildeten Verstärkers A1 zugeführt, dessen Ausgang mit der Steuerelektrode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR verbunden ist, in dessen Anoden-Kathoden-Stromkreis eine Alarmeinrichtung A angeordnet ist.
Die Lichtleistungs-Regelzelle C3 ist, über einen Anschlusspunkt J2 in Reihe mit einem Widerstand R2 geschaltet, ebenfalls an die Spannungsquelle P angeschlossen. Der Anschlusspunkt J2 ist mit dem Eingang eines Differentialverstärkers A2' verbunden, dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors T1 verbunden ist. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T1 ist in Reihe mit der Lichtquelle 18 an die Spannungsquelle P angeschlossen.
Die Wirkungsweise der Schaltung gemäss Fig. 3 ist wie folgt: Ein Ansteigen der Leistung der Lichtuqlle 18, wie es z. B. von Netzspannungsschwankungen verursacht werden kann, hat zur Folge, dass der Widerstand der Zelle C3 abnimmt, wodurch die Spannung am Anschlusspunkt 52 und damit am Eingang des Verstärkers A2' steigt. Dadurch sinkt die Vorspannung des Transistors T1, so dass der Strom durch die Lichtquelle 18 und damit die Leistung derselben abnehmen.
Gemäss Fig. 3 ist ferner ein Änderungsgeschwindigkeitsdetektor in Form einer elektronischen Differenzierschaltung A3 vorgesehen. Der Eingang dieser Differenzierschaltung ist mit dem Anschlusspunkt J1 verbunden, und ihr Ausgang ist über eine Diode D1 mit dem Anschlusspunkt J2 verbunden.
Die Arbeitsweise des Änderungsgeschwindigkeitsdetektors ist folgende: Das Ausgangssignal dieses Detektors ist eine Funktion der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung am Anschlusspunkt J1. Der Detektor A3 enthält einen Inverter, so dass seine Ausgangsspannung sinkt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsspannung grösser wird. Der Verstärker A2', der die Leistung der Lichtquelle regelt, hält die Spannung am Anschlusspunkt 52 bei etwa der Hälfte der Speisespannung. Wenn die Speisespannung beispielsweise 5 Volt beträgt, dann liegt die Spannung am Anschlusspunkt 52 bei 2,5 Volt. Der Detektor-Verstärker A3 ist so ausgelegt, dass seine Ausgangsspannung ebenfalls bei der Hälfte der Speisespannung liegt, wenn seine Eingangsspannung praktisch nicht ändert.
Wenn die Spannung am Anschlusspunkt J1 steigt, weil Licht von Rauchteilchen auf die Zelle C1 reflektiert wird, dann sinkt die Ausgangsspannung des Detektors A3 proportional zur Geschwindigkeit des Spannungsanstieges am Anschlusspunkt J1. Wenn diese Anstiegsgeschwindigkeit genügend gross ist, sinkt die Ausgangsspannung des Detektors A3 auf einen solchen Wert, dass Strom vom Anschlusspunkt J2 durch die Diode D1 und den Detektor-Verstärker A3 an Masse fliesst. Dieser zusätzliche Stromfluss senkt die Spannung am Anschlusspunkt 52, wodurch die Vorspannung des Transistors T1 steigt, so dass die Leistung der Lichtquelle 18 grösser wird.
Die vergrösserte Lichtleistung, von den Rauchteilchen auf die Zelle C1 reflektiert, bewirkt ein weiteres Ansteigen der Spannung am Anschlusspunkt J1, so dass bei einer genügenden Anfangsgeschwindigkeit des Spannungsanstieges am Anschlusspunkt J1 die Ausgangsspannung des Detektors A3 praktisch auf Massepotential sinkt.
Wenn der Rauchmelder so eingestellt ist, dass über den Verstärker Al ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Spannung am Anschlusspunkt J1 einer Rauchkonzentration von 2 % entspricht, dann wird durch die Erhöhung der Leistung der Lichtquelle infolge des vorstehend beschriebenen Ansprechens des Anderungsgeschwindigkeitsdetektors die Empfindlichkeit des Detektors bezüglich der genannten 2% beträchtlich gesteigert.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Lichtleistung durch den Änderungsgeschwindigkeitsdetektor so stark erhöht werden, dass die Ansprechempfindlichkeit des Rauchmelders auf 0,2 % Rauchkonzentration steigt.
Der Änderungsgeschwindigkeitsdetektor reagiert auf einen Spannungsanstieg am Anschlusspunkt J1 infolge Eindringens von Rauch in den Rauchmelder so schnell, dass der Rauchmelder, wenn die Lichtleistung erhöht wird, in der Regel noch nicht genügend Rauch enthält, um einen Alarm auszulösen. Wenn die Rauchmenge im Rauchmelder jedoch weiter rasch genug zunimmt, um den Änderungsgeschwindigkeitsdetektor wirksam zu halten, dann wird der Alarm über den Verstärker Al ausgelöst, wenn die Rauchkonzentration etwa 0,2 % erreicht. Schon bei dieser Rauchkonzentration erreicht wegen der erhöhten Lichtleistung die Spannung am Anschlusspunkt J1 den Auslösewert (etwa die halbe Speisespannung).
Wenn jedoch die Zunahme der Rauchgeschwindigkeit nach dem Eindringen der anfänglichen Rauchschwade nicht schnell genug ist, um den Änderungsgeschwindigkeitsdetektor wirksam zu halten, dann wird kein Alarm ausgelöst, wenn Rauch zwar weiter vorhanden ist, aber mit einer Konzentration von weniger als 2%, weil nämlich in einem solchen Fall die Lichtleistung auf den ursprünglichen Wert zurückkehrt, sobald die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges am Anschlusspunkt J1 zu klein wird.
Um dafür zu sorgen, dass auch unter solchen Umständen ein Alarm ausgelöst wird, kann man gemäss Fig. 4 einen Zeitgeber T zwischen dem Ausgang des Detektor-Verstärkers A3 und der Diode D1 anordnen. Der Zeitgeber T kann beispielsweise die Form eines monostabilen Multivibrators haben, der in einen leitenden Zustand gebracht wird, wenn die Ausgangsspannung des Detektor-Verstärkers A3 einen vorbestimmten Wert erreicht, und der dann während einer vorbestimmten Zeit in diesem leitenden Zustand verbleibt, auch wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers A3 wieder sinkt.
Die Lichtleistung bleibt daher noch während einer vorbestimmten kurzen Zeit nach dem Absinken der Geschwindigkeit der Zunahme der Rauchkonzentration erhöht, so dass der Rauchmelder lang genug seine gesteigerte Empfindlichkeit beibehält, um der Rauchkonzentration das Erreichen des Wertes von 0,2 % zu ermöglichen.
In Fig. 5 ist ein Teil der Schaltung gemäss Fig. 3 mit einer abgeänderten Anordnung des Änderungsgeschwindigkeitsdetektors dargestellt. Der Detektor A3 betätigt hier einen Schalter S1, der in Reihe mit einem Widerstand Rs zwischen dem Anschlusspunkt J1 und Masse angeordnet ist. Der Widerstand Rs und der Widerstand R1 haben solche Werte, dass sie parallel geschaltet einen Widerstandswert aufweisen, der gleich gross ist wie der Widerstand der Zelle C1 bei einer Rauchkonzentration von 2 % im Rauchmelder.
Wenn die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges am Anschlusspunkt J1 einen vorbestimmten Wert erreicht, dann öffnet der Detektor-Verstärker A3 den Schalter S1, wodurch die Spannung am Anschlusspunkt J1 steigt und damit die Empfindlichkeit des Rauchmelders zunimmt.
Ähnlich wie in der Ausführungsform gemäss Fig. 4 kann ein Zeitgeber T vorgesehen sein, der hier den Schalter S1 während einer vorbestimmten Zeit geöffnet hält, so dass die gesteigerte Empfindlichkeit des Rauchmelders so lange bestehen bleibt, dass die Rauchkonzentration im Rauchmelder ihren Endwert erreichen kann und die Fotozelle genügend Zeit hat, um auf das von den Rauchteilchen reflektierte Licht zu reagieren.
Obwohl die beschriebenen Rauchmelder Fotowiderstandszellen für die Feststellung von Rauchteilchen verwenden, kann der Änderungsgeschwindigkeitsdetektor selbstverständlich auch in Rauchmeldern eingesetzt werden, die anstelle der Fotowiderstandszellen Fotoelemente, Fototransistoren oder Fotodioden enthalten.
Die Ansprechgeschwindigkeit solcher Einrichtungen ist viel höher als diejenige von Fotowiderstandszellen, so dass der Änderungsgeschwindigkeitsdetektor nicht nötig ist für die Kompensation der zu langen Ansprechzeit; die Verwendung eines Änderungsgeschwindigkeitsdetektors ermöglicht jedoch auch mit diesen lichtempfindlichen Einrichtungen den Aufbau von Rauchmeldern mit sehr hoher Empfindlichkeit, die beispielsweise schon auf 0,2 % Rauchkonzentration ansprechen, ohne dass Probleme wegen Fehlalarmen auftreten, wobei die Grundempfindlichkeit bei 2 % Rauchkonzentration unabhängig von der Anstiegsgeschwindigkeit der Rauchkonzentration liegen kann.
Fig. 6 zeigt einen Rauchmelder mit einer Ionisationskammer IC. Solche Rauchmelder arbeiten auf Grund der Erscheinung, dass der Stromfluss durch die Ionisationskammer abnimmt, wenn Rauch und Aerosole von einer Verbrennung in die Kammer eindringen.
Die Ionisationskammer IC enthält zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Elektroden El und E2 und eine radioaktive Substanz R. Die Elektroden E1 und E2 sind, über einen Anschlusspunkt J1 mit einem Widerstand R1 in Reihe geschaltet, an eine Spannungsquelle P angeschlossen. Der Anschlusspunkt J1 ist mit dem Eingang einer elektronischen Differenzierschaltung Al' verbunden, deren Ausgang über einen Zeitgeber T mit der Steuerelektrode eines elektronischen Schalters S1 verbunden ist. Der Anschlusspunkt J1 ist ferner auch mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors FET verbunden. In Reihe mit der Quelle-Senke-Strecke des Transistors FET sind zwei Widerstände R2 und R3 angeordnet.
Der Verbindungspunkt 52 zwischen diesen Widerständen ist mit der Steuerelektrode eines gesteuerten Gleichrichters SCR verbunden.
Der elektronische Schalter S1, der normalerweise geöffnet ist, ist parlallel zum Widerstand R3 angeordnet.
Die Werte der Widerstände R2 und R3 können so gewählt werden, dass bei langsamem Ansteigen der Spannung am Anschlusspunkt J1 (infolge von langsam zunehmender Rauchkonzentration in der Kammer IC) der durch die Quelle Senke-Strecke des Transistors FET fliessende Strom langsam zunimmt, wodurch auch die Spannung am Anschlusspunkt J2 steigt und schliesslich einen Wert erreicht, bei dem der Gleichrichter SCR in den leitenden Zustand gebracht wird und die Alarmeinrichtung K betätigt.
Der kombinierte Widerstandswert der in Reihe geschalteten Widerstände R2 und R3 kann so sein, dass der Gleichrichter SCR in den leitenden Zustand gebracht wird, wenn die Rauchkonzentration in der Kammer IC 2 % erreicht.
Wenn jedoch die Geschwindigkeit der Zunahme der Rauchkonzentration in der Kammer IC genügend gross ist, dann schliesst das Ausgangssignal der elektronischen Differenzierschaltung Al' den Schalter S1, wodurch der Widerstand R3 kurzgeschlossen wird, so dass die Spannung am Anschlusspunkt 52 steigt.
Der Wert des Widerstandes R2 kann so gewählt sein, dass bei kurzgeschlossenem Widerstand R3 die Spannung am Anschlusspunkt J2 schon dann ausreicht, um den Gleichrichter SCR in den leitenden Zustand zu bringen, wenn die Rauchkonzentration im Rauchmelder nur 0,2% beträgt. Ähnlich wie in vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hält der Zeitgeber T den Schalter S1, nachdem dieser von der elektronischen Differenzierschaltung Al' geschlossen worden ist, während einer vorbestimmten Zeit geschlossen.
Die beschriebenen Rauchmelder weisen normalerweise eine Standard-Empfindlichkeit von 2% Rauchkonzentration auf, gehen aber zu einer wesentlich höheren Empfindlichkeit über, wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeit der Zunahme der Rauchkonzentration festgestellt wird. Die Rauchmelder sind daher gegen Fehlalarm infolge von relativ hohen Rauchkonzentrationen aus anderen Gründen als einem Brand weitgehend immun, werden aber beinahe augenblicklich auf die empfindlichere Betriebsweise umgeschaltet, wenn die Rauchkonzentration plötzlich mit einer Geschwindigkeit zunimmt, die aus anderen Gründen als einem ausbrechenden Feuer kaum auftreten würde.
Smoke alarms which contain various electronic means for generating an alarm signal when the smoke concentration in the ambient air exceeds a predetermined value are in widespread use.
A disadvantage of the known smoke alarms is that it would be desirable to set the smoke alarms in such a way that they trigger an alarm at smoke concentrations of only about 0.2%, but in practice they avoid false alarms due to smoke from other sources as a fire, e.g. B. from tobacco smoke, or as a result of high levels of dust in the air or kitchen smoke, etc. must be set so that a smoke concentration of at least 2% is required before the alarm is triggered.
Therefore, such smoke alarms may not be able to detect a smoldering fire in a room with some air circulation so that the smoke concentration of 2% is not reached.
Another disadvantage of those known smoke detectors that use a photoresistor as a detector element is that the response time of the photoresistor, when light suddenly reflected by smoke particles hits it, depends on the incident light intensity, since such photoresistors react similarly to capacitors the charging time depends on the applied voltage.
In the case of low smoke concentrations, at which the intensity of the reflected light is low, it can take an excessively long time for the photoresist cell to react sufficiently to trigger the alarm. Furthermore, a very high concentration of smoke that occurs suddenly, e.g. B. If a smoldering combustible material breaks out in flames, it may penetrate the smoke detector so quickly that the intensity of the reflected light falls below the value required to trigger the alarm because of the thick smoke before the photo resistor could trigger the alarm.
This situation is particularly serious in smoke alarms that use light-emitting diodes as a light source, because the light output of such diodes, if they are operated with sufficiently low currents to ensure a long service life, is significantly (e.g. by a factor of 20) less than that Light output of an incandescent lamp.
A smoke detector with a light emitting diode as a light source and with a photo resistor that is set so that it triggers the alarm if the smoke concentration remains at 2% (defined as the amount of smoke that reduces the light intensity by 2% over a distance of 30 cm) , with a smoke concentration of just over 2%, it can take up to 10 minutes or more for the resistance of the photoresist cell to drop to the alarm trigger value.
The subject of the invention is a smoke alarm which is characterized by means which respond to a predetermined rate of increase in the smoke concentration in order to generate a signal, as well as means which in a first state respond to a predetermined smoke concentration in order to provide an alarm signal, and which can be brought into another state by the signal of the signal generating means in which they already respond to a smoke concentration less than the predetermined, in order to deliver the alarm signal.
Exemplary embodiments of the smoke alarm according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing show:
1 shows a partially sectioned side view of a light source and a light-sensitive device of a smoke alarm,
2 is a partially sectioned side view of parts of another smoke alarm,
3 shows a schematic representation of an electronic circuit of a smoke alarm in which a rate of change detector is connected in such a way that it increases the power of the light source when the rate of change in resistance of the photocell exceeds a predetermined value,
Figure 4 shows a modified embodiment of the circuit of Figure 3, with a timer operated by the rate of change detector to maintain the increased power of the light source for a predetermined time.
Fig.
5 is a schematic representation of another smoke alarm circuit in which the rate of change detector is arranged to change the magnitude of the calibration resistance of the photocell when the rate of change in resistance of the photocell exceeds a predetermined value, and
6 shows a schematic representation of an electronic circuit with a rate of change detector in a smoke detector which contains an ionization chamber as a smoke-sensitive device, the rate of change detector serving to increase the sensitivity of the ionization chamber.
The smoke alarm, some parts of which are shown schematically in FIG. 1, contains a photoresistor C1 which responds to light which is reflected by smoke particles in a light beam. In a support block 10, two openings 12 and 14 are provided, which extend from the ends of the block and open at a distance from one another on the front side 16 of the block.
Behind the opening 12 is a light source 18 which cooperates with a lens 20 in the opening to produce a beam of light which emerges from the front end of the opening. The photoresist cell C1 and a suitable converging lens 22 are arranged in the opening 14. The openings 12 and 14 are at an angle of, for example, about 135 to one another, so that forward scattering of the light is used.
In Fig. 2 parts of a smoke detector are shown in side view and partially in section, which is similar to that shown in Fig. 1, but also contains means for controlling the power of the light source. In addition to the parts shown in FIG. 1, the smoke alarm according to FIG. 3 contains a photoresistive cell C3, which is mounted in the support block 10, and a light guide, e.g. An acrylic rod 24 extending upwardly from cell C3 into the light beam to direct light therefrom onto the surface of the photocell. An adjustment screw 26 is used to adjust the amount of light received by cell C3.
3 shows a circuit diagram of a smoke alarm with a rate of change detector and with means for controlling the power of the light source. The smoke alarm according to FIGS. 2 and 3 contains a photoresist cell C1, which is connected to a voltage source P in series with a resistor R1. At junction J1 between cell C1 and resistor R1, a voltage is produced which is a function of the resistance of cell C1. This voltage is fed to the input of an amplifier A1 designed as a differential amplifier, the output of which is connected to the control electrode of a controlled silicon rectifier SCR, in whose anode-cathode circuit an alarm device A is arranged.
The light power control cell C3 is also connected to the voltage source P via a connection point J2 in series with a resistor R2. The connection point J2 is connected to the input of a differential amplifier A2 ', the output of which is connected to the base of a transistor T1. The emitter-collector path of the transistor T1 is connected to the voltage source P in series with the light source 18.
The operation of the circuit according to FIG. 3 is as follows: An increase in the power of the Lichtuqlle 18, as z. B. can be caused by mains voltage fluctuations, has the consequence that the resistance of cell C3 decreases, whereby the voltage at connection point 52 and thus at the input of amplifier A2 'increases. As a result, the bias voltage of the transistor T1 drops, so that the current through the light source 18 and thus the power of the same decrease.
According to FIG. 3, a rate of change detector in the form of an electronic differentiating circuit A3 is also provided. The input of this differentiating circuit is connected to the connection point J1, and its output is connected to the connection point J2 via a diode D1.
The operation of the rate of change detector is as follows: The output of this detector is a function of the rate of change of the voltage at connection point J1. The detector A3 contains an inverter so that its output voltage drops when the rate of change of the input voltage increases. The amplifier A2 ', which regulates the power of the light source, keeps the voltage at the connection point 52 at approximately half the supply voltage. If the supply voltage is 5 volts, for example, then the voltage at connection point 52 is 2.5 volts. The detector amplifier A3 is designed so that its output voltage is also half of the supply voltage when its input voltage does not change practically.
If the voltage at connection point J1 increases because light is reflected from smoke particles onto cell C1, then the output voltage of detector A3 decreases proportionally to the speed of the voltage increase at connection point J1. If this rate of increase is sufficiently large, the output voltage of the detector A3 drops to such a value that current flows from the connection point J2 through the diode D1 and the detector amplifier A3 to ground. This additional current flow lowers the voltage at the connection point 52, as a result of which the bias voltage of the transistor T1 increases, so that the power of the light source 18 increases.
The increased light output, reflected by the smoke particles on cell C1, causes the voltage at connection point J1 to rise further, so that if the initial speed of the voltage increase at connection point J1 is sufficient, the output voltage of detector A3 practically drops to ground potential.
If the smoke detector is set in such a way that an alarm is triggered via the amplifier A1 when the voltage at connection point J1 corresponds to a smoke concentration of 2%, then the sensitivity of the detector is increased by increasing the power of the light source as a result of the above-described response of the rate of change detector considerably increased with respect to the 2% mentioned.
In a particular embodiment, the light output can be increased by the rate of change detector so much that the response sensitivity of the smoke alarm increases to 0.2% smoke concentration.
The rate of change detector reacts to an increase in voltage at connection point J1 as a result of smoke penetrating the smoke detector so quickly that the smoke detector, when the light output is increased, usually does not contain enough smoke to trigger an alarm. However, if the amount of smoke in the smoke alarm continues to increase rapidly enough to keep the rate of change detector effective, the alarm will be triggered via amplifier A1 when the smoke concentration reaches about 0.2%. Even with this smoke concentration, the voltage at connection point J1 reaches the trigger value (about half the supply voltage) due to the increased light output.
However, if the smoke speed increase after the initial plume is not fast enough to keep the rate of change detector effective, no alarm will be triggered if smoke is still present but at a concentration of less than 2% because in In such a case, the light output returns to the original value as soon as the speed of the voltage increase at connection point J1 becomes too low.
In order to ensure that an alarm is triggered even under such circumstances, a timer T can be arranged according to FIG. 4 between the output of the detector amplifier A3 and the diode D1. The timer T can for example be in the form of a monostable multivibrator which is brought into a conductive state when the output voltage of the detector amplifier A3 reaches a predetermined value, and which then remains in this conductive state for a predetermined time even when the output voltage of amplifier A3 decreases again.
The light output therefore remains increased for a predetermined short time after the decrease in the rate of increase in smoke concentration, so that the smoke alarm maintains its increased sensitivity long enough to enable the smoke concentration to reach the value of 0.2%.
FIG. 5 shows part of the circuit according to FIG. 3 with a modified arrangement of the rate of change detector. The detector A3 here actuates a switch S1, which is arranged in series with a resistor Rs between the connection point J1 and ground. The resistance Rs and the resistance R1 have values such that, when connected in parallel, they have a resistance value that is the same as the resistance of the cell C1 at a smoke concentration of 2% in the smoke detector.
When the speed of the voltage increase at connection point J1 reaches a predetermined value, the detector amplifier A3 opens switch S1, whereby the voltage at connection point J1 increases and the sensitivity of the smoke detector increases.
Similar to the embodiment according to FIG. 4, a timer T can be provided which here keeps the switch S1 open for a predetermined time so that the increased sensitivity of the smoke alarm remains so long that the smoke concentration in the smoke alarm can reach its final value and the photocell has enough time to react to the light reflected by the smoke particles.
Although the smoke alarms described use photoresist cells for the detection of smoke particles, the rate of change detector can of course also be used in smoke alarms which contain photo elements, photo transistors or photodiodes instead of the photo resistance cells.
The response speed of such devices is much faster than that of photoresist cells, so that the rate of change detector is not necessary to compensate for the excessively long response time; However, the use of a rate of change detector enables the construction of smoke detectors with very high sensitivity even with these light-sensitive devices, which respond to a smoke concentration of 0.2%, for example, without problems due to false alarms, the basic sensitivity at 2% smoke concentration regardless of the rate of increase of the Smoke concentration can lie.
Fig. 6 shows a smoke alarm with an ionization chamber IC. Such smoke alarms operate on the basis of the phenomenon that the flow of current through the ionization chamber decreases when smoke and aerosols from combustion enter the chamber.
The ionization chamber IC contains two electrodes E1 and E2 arranged at a distance from one another and a radioactive substance R. The electrodes E1 and E2 are connected in series to a voltage source P via a connection point J1 with a resistor R1. The connection point J1 is connected to the input of an electronic differentiating circuit A1 ', the output of which is connected via a timer T to the control electrode of an electronic switch S1. The connection point J1 is also connected to the control electrode of a field effect transistor FET. Two resistors R2 and R3 are arranged in series with the source-drain path of the transistor FET.
The connection point 52 between these resistors is connected to the control electrode of a controlled rectifier SCR.
The electronic switch S1, which is normally open, is arranged in parallel with the resistor R3.
The values of the resistors R2 and R3 can be chosen so that when the voltage at the connection point J1 rises slowly (as a result of the slowly increasing smoke concentration in the chamber IC), the current flowing through the source drain path of the transistor FET increases slowly, whereby the The voltage at the connection point J2 increases and finally reaches a value at which the rectifier SCR is brought into the conductive state and the alarm device K is activated.
The combined resistance of the series-connected resistors R2 and R3 can be such that the rectifier SCR is brought into the conductive state when the smoke concentration in the chamber IC reaches 2%.
If, however, the speed of the increase in the smoke concentration in the chamber IC is sufficiently great, the output signal of the electronic differentiating circuit A1 'closes the switch S1, whereby the resistor R3 is short-circuited, so that the voltage at the connection point 52 increases.
The value of the resistor R2 can be chosen so that when the resistor R3 is short-circuited, the voltage at the connection point J2 is sufficient to bring the rectifier SCR into the conductive state when the smoke concentration in the smoke detector is only 0.2%. Similar to the embodiments described above, the timer T keeps the switch S1 closed for a predetermined time after it has been closed by the electronic differentiating circuit A1 '.
The smoke alarms described normally have a standard sensitivity of 2% smoke concentration, but go over to a significantly higher sensitivity when a predetermined rate of increase in the smoke concentration is determined. The smoke alarms are therefore largely immune to false alarms due to relatively high smoke concentrations for reasons other than a fire, but are switched to the more sensitive mode almost instantly if the smoke concentration suddenly increases at a rate that would hardly occur for reasons other than a fire breaking out .