DE2036447B2

DE2036447B2 - Ionisations rauchmelder

Info

Publication number: DE2036447B2
Application number: DE19702036447
Authority: DE
Inventors: Akihiro Fujisawa Kanagawa Kobayashi (Japan)
Original assignee: Nittan Co Ltd
Current assignee: Nittan Co Ltd
Priority date: 1969-07-24
Filing date: 1970-07-22
Publication date: 1972-03-02
Also published as: US3688119A; CH526178A; FR2055543A5; IL35151A; NL7010779A; DE2036447A1; IL35151A0; GB1282536A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ionisations-Rauchmelder mit einer oflenen und einer geschlossenen Ionisationskammer, deren jede zwei Elektroden und eine radioaktive Quelle enthält und die in Reihe zwischen die beiden Leiter einer Spannungsquelle geschaltet sind, ferner mit einem Feldeffekttransistor, dessen Kanalstromstrecke in Reihe mit einem Lastwiderstand ebenfalls zwischen die beiden Leiter geschaltet ist und dessen Steuerelektrode an den Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern angeschlossen ist und der einen gesteuerten Siliciumgleichrichter, des>en Anoden-Kathoden-Streckc gleichfalls zwischen die beiden Leiter geschaltet ist, ansteuert.

Bei bekannten derartigen Rauchmeldern ändert sich die Impedanz der offenen Ionisationskammer beim Eindringen von Rauch, so daß das Potential am Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern sich ebenfalls verändert und zur Ansteuerung eines Feldeffekttransistors verwendet wird, der seinerseits einen steuerbaren Siliciumgleichrichter triggert, der beim Auftreten von Rauch in seinen Lcitungszustand gesteuert wird. Speist man einen derartigen Rauchmelder mit einer pulsierenden Spannung, wie sie durch einfaches Gleichrichten einer Wechselspannung ohne Glättung erhalten wird, so kehrt der Gleichrichter in seinen Sperrzustand zurück, sobald die Speisespannung zwischen zwei HaIbpcriofJcn auf Null fällt. Die Erzeugung eines Rauchmcldcsignals ist daher nicht mit Sicherheit gewährleistet, und man mußte aus diesem Grunde die bekannten Ionisations-Rauchmelder mit einer ausreichend geglätteten Gleichspannung speisen, wodurch sich der Aufwand für die Speisespannungsquelle erhöht.

Zwar ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1028 472), Meßimpulse, die einem Meßgerät zugeführt werden und deren Frequenz von der Meßgröße abhängt, *nit Hilfe von 7?C-Giiedern zu glätten, um auf diese Weise näherungsweise e>ne Gleichspannung, deren Höhe vom Meßwert abhängt, zu erhalten, weil dadurch die Ablesung des Meßgerätes

ίο erleichtert wird, wenn sein Zeiger nicht im Takt der Meßimpulse schwankt. Eine derartige Glättungsschaltung eignet sich jedoch nicht für die Speisung eines gesteuerten Siliciamgleichrichters, da dessen Einschaltwidcrstand so klein ist, daß der Kondensator eines ßC-Glicdes sofort entladen würde, ohne daß über den Widerstand genügend schnell neue Ladung für den Kondensator herangeführt werden konnte. Auch dann würde also der gesteuerte Siliciumgleichrichter in den Sperrzustand zurückkehren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Schaltung für einen Ionisations-Rauchmelder, welcher mit einer ungeglätteten Spannung gespeist werden kann, wie sie durch die unmittelbare Gleichrichtung einer Wechselspannung ohne nachfolgende Siebung vorliegt. Auf diese Weise soll der Aufwand bei der die Speisespannung liefernden Spannungsquelle herabgesetzt werden. Weiterhin soll dafür gesorgt werden, daß der den gesteuerten Silicium -

gleichrichter ansteuernde Feldeffekttransistor nicht infolge von Überspannungen beschädigt wird, wie sie bei ungeglätteten Speisespannungen auftreten können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfin-

dungsgemäß der Feldeffekttransistor mit einer Überspannungsschutzschaltung versrben isi, die einen in Reihe mit seiner Kanalstromstrecke geschalteten bipolaren Transistor aufweist, dessen Basis eine feste Spannung zugeführt ist.

Da die in Durchlaßrichtung gepolte Diode einen sehr kleinen Durchlaßwiderstand hat, liefert sie auch bei eingeschaltetem Siliciumgleichrichter genügend Ladung für den Kondensator nach, so daß die am Siliciumgleichrichter liegende Spannung nicht auf Null abfällt.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann bei der Überspannungsschutzschaltung der Emitter des bipolaren Transistors mit der Abflußelektrode des Feldeffekttransistors und sein Kollektor mit dem einen Leiter verbunden sein, und seine Basis kann über einen Widerstand mit dem einen Leiter und über eine Zenerdiode mit dem anderen Leiter verbunden sein. Auf diese Weise kann die Spannung an der Abflußelektrode des Feldeffekttransistors nicht über die Zenerspannung der Zenerdiode ansteigen, da der bipolare Transistor dann wegen der an seiner Basis liegenden Zenerspannung in den Sperrzustand geschaltet wird und den Feldeffekttransistor von der Leitung isoliert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiclcs eines Ionisationsrauchtneldcrs gemäß der Erfindung, Fig.2 Diagramme, die den zeitlichen Verlauf von Spannungen in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 darstellen und zur Erläuterung dieser Schaltungsanordnung herangezogen werden.

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Fi g. 3 eine graphische Darstellung von Kennlinien nungen sind verhältnismäßig unabhängig von der An-

auf die bei der Erläuterung der Arbeitsweise des oder Abwesenheit von Rauch in der offenen loni-

lunisaiionsrauchmelders gemäß Fig. 1 Bezug ge- sationskammer 20.

nommen wird. rj_a durch die geschlossene Ionisationskammer 10

Der Ionisationsrauchmelder gemäß F i g. 1 enthält 5 immer de, Sättigungsionisationsstrom Hießt, wird der eine geschlossene Ionisationskammer 10 mit zwei durch die offene Ionisationskammer 20 fließende Elektroden 11 und 12 sowie eine radioaktive Ionisationsstrom durch eine Spannungsänderung an Strahlungsquelle 13 und eine ollene Ionisationskam- der otfenen Ionisationskammer 20, die durch eine nier 20. die in entsprechender Weise zwei Elektro- Impedanzänderung der geschlossenen lonisationsden 21. 22 sowie eine radioaktive Strahlungsquelle io kammer 10 verursacht wird, nicht sehr stark geän-23 enthält und in Reihe mit der geschlossenen Toni- dert. Diese Verhältnisse sind in dem Diagramm gesationskammer 10 zwischen zwei Leitei 1 und 1 ge- maß F i g. 3 dargestellt, in dem die Spannung an der schaltet ist, die zu einer nicht dargestellten Span- Verbindung 5 längs der Abszisse und der Ionisationsnungsqtielle führen. Die Verbindung 5 zwischen den strom längs der Ordinate aufgetragen sind. Die durch beiden Ionisationskammern 10 und 20 ist mit der 15 die Kurve 61 dargestellte Spannung an der geschlos-Steuerelektrode 31 eines Feldeffekttransistors 30 ver- senen Ionisationskammer 10 ist hoch und hat den bunden, dessen Quellenelektrode 33 über einen durch die Kurve 61 dargestellt-η Verlauf, wenn sich Widerstand 4 mit dem Leiter 2 verbunden ist Die in der offenen Ionisationskammer 20 kein Rauch be-Qujllenelektrode 33 ist außerdem über eine Zener- findet, und die Spannung an der Verbindung 5 ist diode 34 mit der Steuerelektrode 41 eines Thyristors 20 niedrig (ausgezogene Kurve 51 in Fig. 2); wenn je-40 verbunden. Zwischen die Steuerelektrode 41 und doch Rauch in die offene Ionisationskammer 20 einden Leiter 2 sind ein Widerstand 44 und ein diesem tritt ist die Spannung an der geschlossenen Ionisaparallelliegender Kondensator 45 geschaltet. Die tionskammer 10 niedrig, und sie ändert sich entspre-Anode42 des Thyristors 40 ist über einen Wider- chend der gestrichelten Kurve 62, während die Spanstand 7 mit einem verhältnismäßig kleinen Wider- 25 nung an der Verbindung 5 hoch ist (gestrichelte Kurve standswert und eine Diode 6 mit dem Leiter 1 ve;- 52 in Fig. 2), wie aus Fig. 3 ohne weiteres ersichtbunJen, während die Kathode 43 des Thyristors 40 lieh ist. In beiden Fällen existiert jedoch ein großer direkt an den Leiter 2 angeschlossen ist. Die Ver- Bereich (O-V.1) in dem sich der Sättigungsionisationsbin.lung 8 zwischen der Diode 6 und dem Wider- strom in der geschlossenen Ionisationskammer 10 stand 7 ist über einen Kondensator 9 mit dem Leiter 2 30 nicht nennenswert ändert.

verbunden. Die Diode 6 und der Kondensator 9 bil- Der Ionisationsstrom in der offenen Ionisations-

den einen HaHekreis 60, der den Thyristor 40 für eine kammer 20 verläuft normalerweise entsprechend der

vorgegebene Zeitspanne im leitenden Zustand hält. Kurve 71 in F i g. 3, wenn jedoch Rauch in die offene

wenn der Thyristor 40 einmal gezündet worden ist. Ionisationskammer 20 eintritt, neigt der Ionisations-

Die AMlußelektrode 32 des Feldeffekttransistors 35 strom in der offenen Ionisationskammer /0 dazu, sich

30 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines bipo- entsprechend der gestrichelten Kurve 72 (F i g. 3) zu

larcn Transistors 15 mit der Leitung 1 verbunden. Die ändern. Der lonisationsstrom in der offenen Ioni-

BuMselektrode des Transistors 15 ist mit der Verbin- sationskammer 20 ändert sich also wegen der von

dung 18 zwischen einem Widerstand 16 und einer Natur aus großen Zeitkonstante de^r Ionisationskam-

Zenerdiode 17 verbunden, die in Reihe zwischen die 40 mcrn 10. 20 auch dann nicht wesentlich, wenn an

Leiter 1 und 2 geschaltet sind. Die Basiselektrode des den Leitern 1 und 2 eine pulsierende Spannung liegt.

Transistors 15 wird dementsprechend auf einer durch Die Spannung an der Verbindung 5 der beiden Ioni-

die Zenerdiode 17 bcs'immten, konstanten Spannung sationskammern 10, 20 wird also durch das Eindrin-

gehaltcn. Der Transistor 15. der Widerstand 16 und gen von Rauch in die offene Ionisationskammer 20

die Zenerdiode 17 cilden also eine Konstanlsnan- 45 zwischen den Werten F, und V., geändert und diese

nungs-Schutzschaltung für den Feldeffekttran- Spannungsänderung steuert den Feldeffekttransistor

sistor 30. 30. der an seiner Quellenelektrode 33 ein cntsprc-

Fi'ir die Erläuterung des Betriebes des an Hand chendes Ausgangssignal liefert. Wenn Rauch in die von Fig. 1 beschriebenen Ionisationsrauchmelders offene Ionisationskammer20 eintritt, steigt also die sei angenommen, daß an den Leitern 1 und 2 eine 50 Spannung an der Verbindung 5 von F₁ auf V₂ pulsierende Gleichspannung liegt, wie sie durc!. ein- (Fig. 3), und der die Quellen-Atfluß-Strcckc des faches Gleichrichten einer Wechselspannung erhalten Fckleffekt'^ransistors 30 durchfließende Strom nimmt wird. Da die Ionisationskammer.) 10 und 20 eine entsprechend zu. Wenn die Spannung am Widergewisse Eigenkapazität und eine sehr hohe Impedanz stand 4 die Zcnerspannang der Zenerdiode 34 überhaben, bewirken sie eine gewisse GläUung der an 55 schreibt, überträgt diese ein Zündsignal zur Steucrihnen liegenden pulsierenden Spannung. Betrachtet elektrode des Thyristors 40, das diesen in den leiman nämlich die Spannung an der Verbindung 5 der tcnden Zustand schaltet. Da jedoch zwischen den beiden Ionisationskammern mit einem Oszillogra- Leitern 1 und 2 eine pulsierende Spannung liegt, phen. so ergibt sich die in F i g. 2 ausgezogen gczcich- würde der gezündete Thyristor beim Abfallen ύα nele Kurve 51, wenn die offene Ionisationskammer 60 Speisespannung auf Null wieder sperren, wenn dieser 20 rauchfrei ist. V.'^nn jedoch Rauch in die offene unerwünschte Effekt nicht durch den HaHekreis 60 Ionisationskammer 20 eintritt, wird der sie durch- verhindert würde. Der Kondensator 9 des Haltckrcifließendc lonisationsstrom herabgesetzt und ihre Im- ses 60 entlädt sich nämlich über den Widerstand 7 pcdiinz nimmt zu. so daß die Spannung an der Ver- und den Thyristor Λ0, wenn die Spannung zwischen bindung 5 ansteigt und nun den der gestrichelten 65 den Leitern 1 und 2 auf Null abfällt, und der Thy-Linic 52 in F i g. 2 entsprechenden Verlauf hat. Die ristor 40 wird durch diesen Entladcstrom im lciten-W'jchsclspannungskomponentcn e, und C₂ der durch den Zustand gehalten. Durch das Leiten des Thyrlio Kurven 51 bzw. 52 in F i g. 2 dargestellten Span- ristors 40 werden die beiden Leiter 1 und 2 über den

Widerstand 7, der einen verhältnismäßig kleinen Widerstandswert hat, verbunden, und der durch die Leiter 1 und 2 fließende Strom nimmt dementsprechend zu. Die Stromzunahme wird wahrgenommen und löst einen Alarm aus,

Versuche haben gezeigt, daß sich die Empfindlichkeit des beschriebenen Ionisationsrauchmelders kaum ändert und daß dieser einwandfrei arbeitet, solange der Effektivwert der an den Leitern 1 und 2 liegenden pulsierenden Spannung, im wesentlichen konstant gehalten wird. Selbstverständlich kann der beschriebene Ionisationsrauchmelder auch mit einem geglätteten Gleichstrom betrieben werden.

Der oben beschriebene Ionisationsrauchmelder benötigt zur Speisung keine teure stabile Gleichspannungsquelle und zeichnet sich daher durch sehr geringe Anlagekosten und wirtschaftlichen Betrieb aus.

Wenn bei dem Ionisationsrauchmelder die Spannung zwischen den Leitern 1 und 2 steigt, nimmt die Spannung an der Abflußelektrode 32 des Feldeffekttransistors 30 und damit die Spannung an der Emitterelektrode des Transistors 15 zu. Da die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 15 jedoch konstant gehalten wird, hat der Spannungsanstieg an der Emitterelektrode des Transistors 15 eine Erhöhung der Impedanz der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 15 und dementsprechend eine Zunähme der Spannung an seiner Emitter-Kollcktor-Strecke zur Folge. Die Spannung an der Abflußelektrode 32 des Feldeffekttransistors 30 kann dadurch unter einem vorgegebenen Wert gehalten werden.
Der Ionisationsrauchmelder hat gegenüber dem ersterwähnten Ausführungsbeispiel außerdem noch folgende Vorteile: Der Feldeffekttransistor, ζ. Β ein Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode, der eine niedrige Durchbruchsspannung hat, kann auch durch vorübergehende Überspannungen nicht beschädigt werden, die z. B. durch ein Relais oder ein Läutwerk am Ort der Spannungsquelle erzeugt werden. Der Ionisationsrauchmelder kann ferner ohne die Gefahr von Beschädigungen des Feldeffekttranao sistors durch eine Spannungsquelle mäßiger Qualität gespeist werden, die eine stark schwankende Ausgangsspannung liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ionisations-Rauchmelder mit einer offenen und einer geschlossenen Ionisationskammer, deren jede zwei Elektroden und eine radioaktive Quelle enthält und die in Reihe zwischen die beiden Leiter einer Spannungsquelle geschaltet sind, ferner mit einem Feldeffekttransistor, dessen Kanalstromstrecke in Reihe mil einem Lastwiderstand ebenfalls zwischen die beiden Leiter geschaltet ist und dessen Steuerelektrode an den Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern angeschlossen ist und der einen gesteuerten Siliciumgleichrichter, dessen Anoden-Kathoden-Strecke gleichfalls zwischen die beiden Leiter geschaltet isi, ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (30) mit einer Überspannungsschutzschaltung versehen ist, die einen in Reihe mit seiner Kanalstromstrecke geschalteten bipolaren Transistor (15) aufweist, dessen Basis eine feste Spannung zugeführt ist.

2. Ionisaiions-Rauchmeldi_r nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des bipolaren Transistors (15) mit der Abflußelcktrode des Feldeffekttransistors (30) und sein Kollektor mit dem einen Leiter (1) verbunden ist und daß seine Basis über einen Widerstand (16) mit dem einen Leiter (1) und Ljer eine Zenerdiode (17) mit dem anderen Leiter (2"¹ verbunden ist.