DE2604753A1

DE2604753A1 - Hochimpedanz-schaltkreisanordnung mit ionisationsrauchsensoren

Info

Publication number: DE2604753A1
Application number: DE19762604753
Authority: DE
Inventors: Atsushi Miyabe
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1976-08-19
Also published as: CH599644A5; AU497142B2; NL7601261A; NO142464B; NO142464C; SE7601366L; AU1086076A; JPS51100085U; US4041479A; FR2299879B1; FR2299879A1; GB1535559A; NO760407L; SE408736B

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATB NTANWALT S BÜRO D-4 DÜSSELDORF . SCHUMANNSTR. 9T

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-!ng. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF - Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

HOCHIKI GORPOEATIOIi

No. 2-10-45 Kamiosaki,

Shinagawa-ku,

Tokyo, Japan 6. Februar 1976

Hochimpedanz-Schaltkreisanordnung mit lonisationserauchsensoren

Die Erfindung "betrifft eine Hochimpedanz-Schaltkreisanordnung mit Ionisationsrauchsensoren. Insbesondere betrifft sie einen hJBcm.schaltkreis, der Yerbrennungsprodukte wie Rauch, Dampf und dergleichen durch die Verwendung eines Ionisierungsrauchsensors mit hoher Impedanz feststellt. Insbesondere betrifft sie weiter eine große Anzahl von Hochimpedanz-Alarmschaltkreisen, die mit einer gemeinsamen Gleichstrom-Energiequelle unabhängig voneinander verbunden sind, wobei auf der Basis der Impedanz abfließende Energie sich weniger ändert,als eine Impedanzänderung bei einem bestimmten alarmauslösenden Wert des Sensors verringert wird, wobei eine benötigte Betriebsspannung stabilisiert geliefert wird.

Aus der US-PS 3 733 596 ist ein Alarmsystem bekannt, bei dem eine normalisierte Normalspannung an Ionisierungsrauchsensoren mit hoher Impedanz angelegt wird und bei dem ein freilaufender Multivibrator (WDT) eingesetzt wird, damit eine bestimmte Impedanzänderung normalerweise einem Feldeffekt-Transistor (FET) durch einen Meßausgang des Sensors auferlegt werden kann (siehe Fig. 1). Der ΚΦΙ7 ist eine impulsschaltende Einheit, die eine kontinuierliche Signalkette von intermittierenden Impulsen erzeugt. Die Dauer der Ausgangsimpulse, die an relativ längen Ruheintervallen geliefert werden, wird kürzer gemacht. Innerhalb der Zeit, während der der Ausgangsimpuls aufgelegt wird, wired die Im-

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ORIGINAL INSPECTED

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pedanzänderung des Ionisierungsrauchsensors, die Verbrennungsprodukten wie eindringenden Hauch zuzuschreiben ist, dem PET zugeleitet. Obgleich die Verwendung der Kette intermittierender Impulse den Energieabfluß verringern kann, ist es empirisch bekannt, daß ein Verbrennungsprodukt-Detektorschaltkreis, der einen ionischen Strom ausnutzt, welcher eine hohe Impedanz behält, die Zuverlässigkeit der Messung verlieren kann. Der PMV, der beim Stand der Technik eingesetzt wird, sieht PETs an dem Eingangs- und Ausgangsende davon vor, und die dadurch zu erzeugenden intermittierenden Impulse können bei der vorhandenen technologischen Sitaation nicht zufriedenstellend stabilisiert werden. Wegen der Synergie zwischen einer solchen vergleichsweise unstabilen Impulskette und dem Einfluß einer Fluktuation der Stärke der angelegten Spannung auf den ionischen Strom, kann möglicherweise der Verlust der Meßgenauigkeit verlorengehen (beispielsweise ein Pail, bei dem der Meßvorgang nicht durchgeführt wird, auch wenn das Verbrennungsprodukt vorhanden ist, oder ein Pail, bei dem er durchgeführt wird, obwohl das Verbrennungsprodukt nicht auf Alarmhöhe vorhanden ist).

Der PET liefert nach Empfang der Impedanzänderung des Ionisierungsrauchsensors einen verstärkten Strom, der dem entspricht, zu einem Traneistor, und das durch den Transistor weiter verstärkte Signal triggert einen Thyristor. Der Thyristor schließt eine Energiequelle kurz, und ein in einen Kurschließkreis eingebautes Eelais wird zum ersten mal durch den Strom erregt, der durch den Kurzschluß verstärkt wird. Das Eelais betätigt einen Alarm auslösenden oder anzeigenden Schaltkreis, der getrennt aufgebaut ist.

Pig. 2 zeigt einen Komparatorschaltkreis, bei dem der vorstehend genannte PMV weggelassen ist, der nicht immer vorteilhaft mit dem Hochimpedanzschaltkreis zu kombinieren ist, der von der ionistfaen Stromänderung unter den äußeren Einflüssen erfaßt wird. In diesem Beispiel sind zum Zwecke der Verringerung des Energieabflusses eine Zenerdiode und ein Wideretand in Reihe mit dem Abfluß dee PET im Gefolge der Impedanzänderung des Ionisierungsrauchsensors verbunden, und der Betriebszustand der Zenerdiode wird entsprechend dem Alarm auesenden Wert bestimmt. Ein Transistor, der duerch eine Spannung leitend gemacht wird, die am Widerstand

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erscheint, wenn ein Zenerstrom entwickelt wird, ist mit der Verbindung zwischen der Zenerdiode und dem Widerstand verbunden. ELn Thyristor, der durch die eingeschaltete Punktion deieses Transistors getriggert wird, bildet den vorstehend beschriebenen Kurzschlußkreis. Die Verringerung des Energieabflusses als Folge der Zenerdiode unterliegt jedoch einem offensichtlichen Grenzwert, und die Zahl, mit der die Hochimpedanzschaltkreise mit der gemeinsamen Gleiohstromenergiequelle unabhängig voneinander verbunden werden können, ist beschränkt. Der Thyristor des Kurzsohlußschaltkreises wird durch Impedanzänderungen nicht leitend gemacht, die nicht bis zum alarmauslösenden Wert hochgehen. Weil jedoch die geringen Zenerströme vorhanden sind, die den Impedanzänderungen unter dem bestimmaten Wert entsprechen, ist das Stromlecken des Transistors Q von nicht vernachlässigbarer Größe. Der eckstrom des Transistors erhöht sich plötzlich mit der Annäherung der Impedanzänderung an den Alarm auslösenden Wert. Selbst bei Fehlen irgendeines Grunde für ein Feuer ändert sich die Impedanz des Ionisierungsrauchsensors weiter empfindlich wegen anderer Faktoren. Tatsächlich entstehen desahalb die Impedanzänderungen nahe am Alarm erzeugenden Wert, der zur Vermeidevung falschen Alarms bestimmt wird, häufiger als angenommen.

Mit größer werdender Zahl von Hochimpedanzschaltkreisen mit Ionisierungsrauchsensoren, die mit der gemeinsamen Gleichstrom- Energiequelle verbunden sind, übt die Zunahme des Leckstroms, der im Transistor entsprechend der Impedanzänderung auftritt, einen größeren Einfluß auf die für die Schaltkreise erforderlichen Betriebsbedingungen aus, so daß die an eine innere Elektrode 1 und eine äußere Elektrode 5 des Ionisierungsrauohaensore angelegte Spannung eo weit absinkt, daß die normale Meßfunktion verlorengeht. Wenn beispielsweise bei einem Feuer von schwelenden Fasermaterialieni bei dem die Hauohmenge sehr langsam zunimmt, mehrere Ionisierungerauchsensoren dem allmählich zunehmenden Hauch lange Zeit ausgesetzt werden, ehe der Alarm erzeugende Wert erreicht wird (das gilt beispielsweise in einem Lagerhaus), fällt die an der inneren Elektrode 1 und der äußeren Elektrode 5 vorhandene Spannung erheblich, um die Meßfunktion der Sensoren zu verderben, weil eine Teilung durch die Impedanz des Transistors Q, eines Widerstands B₁ und des Meßwiderstands einer Empfängereinheit (nicht dagrgestellt) erfolgt, zusätzlich

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zum Auftreten des Leckstroms, der im Transistor Q verstärkt wird. Selbst wenn die Menge an Verbrennungsprodukt zum Hessen der Impedanzänderung des Alarm erzeugenden Werts danach tatsächlich erreicht wird, wird vom Schaltkreis mitunter kein Meßausgang geliefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Alarmausgangsschaltkreis mit einem Ionisierungsrauchsensor hoher Impedanz zu schaffen, bei dem ein Leckstrom in einer Triggersohaltung, die eine Impedanzänderung des Ionisierungsrauchsensors erhält und den Impedanzänderungsausgang verstärkt und zum Leitendmachen eines Thyristors dient, der an der Stromeingangsseite des Alarmausgangskreises einen Kurzsohlußkreis mit einem Eelais zur Betätigung zugehöriger peripherer Mittel wie Alarmgeber bildet, so verringert wird, daß die normalisierte Spannung des Aslarmausgangskreises beibehalten wird.

Weiter soll erfindungsgemäß ein Alarmausgangskreis geschaffen werden, bei dem ein Triggerschaltkreis vorgesehen ist, der einen Komparator in komplementärer Art MOSIC mithoher Impedanz einsetzt und dessen Betriebsspannung zur Lieferung eines Ausgangs höher gemacht wird als Eingänge, die auf Impedanzänderungen basieren, welohe geringer als eine Impedanzänderung an einem Alarm aussenden Wert eines Ionisierungsrauchsensors sind, so daß in Erwiderung auf die Impedanzänderungen unter dem Alarm aussenden Wert des Sensors kein Ausgang geliefert wird.

Weiter soll erfindungsgemäß ein Alarmausgangskreis geschaffen werden, bei dem ein Triggerschaltkreis vorgesehen ist, der aus einem Komparator in einer komplementären Art MOSIG aufgebaut ist und mit einem Auegangsende einer Zenerdiode verbunden ist, die mit dem Abfluß eines Feldeffekt-Tran si β to rs im Gefolge einer Impedanzänderung eines Innisierungsrauohsensors verbunden ist, derart, daß ein ausreichender Strom im Falle der Impedanzänderung bei einem Alarm aussenden Wert hervorgerufen wird, und dadurch der Leckstrom des Triggereohaltkreises duroh die hohen Impedanzen bowohl der Zenerdiode als auch des Komparators verringert wird.

Diese Erfindung kann die Funktionszuverlässigkeit eines Hoohimpedanz-

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Schaltkreises mit einer Gleiehstrom-QEnergiequelle verbessern, bei dem ein die Energiequelle kurzschließender Kreis gebildet ist und bei dem zugehörige Mittel durch ein in den Kreis eingebautes Relais betätigt werden. Hochhäuser, Lagerhäuser und dergleichen haben eine große Zahl von Etagen, so daß die Zahl von Feuersensoren, die eingesetzt werden, deutlich entsprechend hoch ist.

Damit der Feuersensor normal seine Funktion erfüllen kann, selbst wenn eine Lieferunterbrechung einer kommerziellen Energeiquelle auftritt, wird eine Batterie als die Energiequelle »des ersten Sensors getrennt von der kommerziellen Energeiquelle benutzt. Zum Zwecke des effektiveren Feststeilens eines Feuers in einem großen Gebäude oder mit vielen Stockwerden ohne eine Erhöhung der Zahl von Batterien vom Standpunkt der Wartung derselben sind die Hochimpedanz-Sohaltkreise, die mit Ionisierungsrauchsensoren versehen sind, welche Verbrennungsprodukte exakt feststellen können, beispielsweise Dampf und Hauch, in großer Zahl mit deerselben Batterie in einem Zustand angeschlossen, bei dem sie voneinender unabhängig Bind. Die große Zahl von Hochimpedanz-Schaltkreisen mit der gemeinsamen Energiequelle zu verbinden, bereitet keine Schwierigkeiten, weil für die meisten gewöhnlichen Substanzen außer für die Produkte eines Feuers keine Energeie abfließt. Um andererseits einen Feueralarm auslzulösen, wenn die Menge an vorhandenem Verbrennungsprodukt im Gebäude einen bestimmten Wert überschritten hat, wird die Impedanzänderung des Ionisierungsrauchsensors, wie sie von der vorhandenen Menge herrührt, zum Alarm aussendenden Wert des Schaltkreises gemacht. Weil in diesem Fall ein ionischer Strom, der durch radioaktive Strahlen im Sensor aufrechterhalten wird, selbst durch Hauch und Schwingungen der Luft gestört wird, die nicht mit dem Feuer in Beziehung stehen, arbeitet der Sensor immer mit einer Impedanzänderung nahe am Alarm erzeugende^ Wert. Der Hochimpedanz-Schaltkreis läßt außerdem Energie für solche Impedanzänderungen abfließen, die geringer als die Impedanzänderung an dem Alarm aussendenden Wert sind. Wenn deshalb einige der großen Zahl von Hochimpedanz-Schaltkreisen, die der gemeinsamen Energiequelle zugeordnet sind, in einen Zustand eines hohen Energieabflusses zufällig und gleichzeitig geraten, verringert sich die an alle Schaltkreise ge-

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lieferte Energie, und die an den Sensoren auftretenden Impedanzänderunegen können nicht mit hoher Genauigkeit aufgenommen werden. Bei einem Schwelband, bei dem der Rauch sehr langsam zunimmt, befinden sich unter dem Zustand, bei dem der sich allmählich in jeder Etage oder über einen größeren Raum hinweg ausbreitende Rauch fast die Rauchmenge am Alarm erzeugenden Wert ausmacht, viele der Hoohimpedanz-Schalt kreise im Zustand eines hohen Energeiabflusses und führen zu einem ausgeprägten Abfall der angelegten Spannung. In einem solchen Fall kann deshalb die Sitatuon eintreten, daß die feuerfeststelelde» Funktion trotz des Auftretens eines Feuers nicht bewirkt wird.

TJm die Verfügbarkeit der Alarmschaltkreisanordnung zu verbessern, die aus der großen Zahl von Hochimpedanz-Schaltkreisen zusammengesetzt ist, welche mit der gemeinsamen Gleichstrom-Energiequelle verbunden sind, verringert die Erfindung leckströme, die den Impedanzänderungen zuzuschreiben sind, die geringer als die Impedanzänderung des Alarm aussenden Werts sind, so daß die Zuverlässigkeit in der Funktion der großen Zahl von Schaltkreisen verbessert werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein bekannter Schaltkreis, der in der TTS-PS 3 733 596 gezeigt ist,

Fig. 2 ein Schaltkreis, bei dem ein FMT im Schaltkreis nach Fig. 1 weggelassen ist und einige andere Änderungen vorgenommen sind und

Fig. 3 ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wobei Teile weggelassen sind.

Gemäß der Sarstellung in Fig. 3 hat ein Ioniserungsrauohsensor eine Bezugsionisierungskammer 3» die aus einer inneren -Elektrode 1 und einer Zwischenelektrode 2 besteht, eine Meßionisierungskammer 6, die aus einer Zwischenelektrode 4 und einer äußeren Elektrode 5 besteht, und Strahlungsquellen 7 und 8. Zum Durchführen der Erfindung kann auch ein Ioni-

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sierungsrauohsensor benutzt werden, der nur die Meßionisierungskammer in Kombination mit einem Bezugswider stand hat oder der nur eine Strahlungsquelle hat. An die innere Elektrode 1 und die !äußere Elektrode 5 ist eine Fixspannung von Gleichstrom-Energiequellenanschlüssen 9 und 10 duroh eine Diode D sowie einen Widerstand Hh und über einen Konstantspannungs-Schaltkreis angelegt, bestehend aus einem Kondensator C und einer Zenerdiode ZD. (oder ZD.). Radioaktive Strahlen von den Strahlungequellen 7 und 8 ionisieren Luft in der Bezugsionisierungskammer 3 bzw. in der Meßionisierungskammer 6, um wegen der angelegten Spannung ionische Ströme aufrechtzuerhalten.

Wenn von einem Feuer ausgehender Bauch in die Heßionisierungskammer 6 gelangt, verringert sich der ionische Strom, um eine Spannung zwischen der Zwischenelektrode 4 und der äußeren Elektrode 5 zu erhöhen. In Erwiderung auf die Spannungserhöhung wird ein FET (Feldeffekt-Transistor), der einen Meßkreis 11 bildet, leitend gemacht, ein Zenerstrom fließt duroh eine Zenerdiode ZDp, und eine Spannung ersoheint an einem Widerstand Ep und wird zu einem Komparator 14 gegeben.

Der Komparator 14 ist ein komplemträer Typ MOSIO, der eine hohe Eingangsimpedanz hat und bei dem Inverter 12 und 13 aus komplementären Typen MOSICe kombiniert sind. Eine Anschlußspannung Y., die niedriger als die Spannung zwischen der inneren Elektrode 1 und der äußeren Elektrode 5 ipt und die dadurch entsteht, daß sie durch Zenerdioden ZD, und ZD. geteilt wird, wird entsprechend einer Spannung bestimmt, die zum Triggern eines SCR eines TJmschaltkreises 13 erforderlich ist, welcher dazu dient, die Energiequelle kurzzuschließen. Die erforderliche Spannung 7 wird von einem anderen Erfordernis bestimmt, nämlich daß die komplementären Inverter 12 und 13 durch eine Betriebspannung des Meßkreiseβ 11 betätigt werden können, die entsprechend einer Impedanzänderung im Sensor am Harm erzeugenden Wert vorgesehen wird. Mit anderen Worten, die Betriebsspannung des Meßkreiseβ 11 und eine Spannung Y- /2 zum Arbeitenlassen der komplementären Inverter 12 und 13 sind identisch gemaoht. Si« Betriebsspannung V^- des Komparators 14 wird von der Triggerspannung de· Thyristorβ SCE und der Betriebsspannung des MeS-

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kreises 11 bestimmt und auf einen Sollwe%rt durch Änderung des Teilungszustands der Zenerdioden ZD und ZD. eingestellt (die Zenerdiode ZD. kann durch einen äuqivalenten Schaltkreis für die Spannung stellung ersetzt werden). Wenn also im Ausführungsbeispiel die Ausgangsspannung des Meßkreises 11 in einem Spannunbereich anders wird, der niedriger als die bestimmte Betriebsspannung ist, wird die Spannung "V-Iy_n/² nicht überschritten, und damit arbeitet der Satz Inverter 12 und I3 nicht. Der Stromabfluß kann damit geringer gemacht werden als der des Triggerkreises der Kompaiafcorschätung in Fig. 2, bei der der Transistor Q benutzt wird. Es kann ohne weiteres eine positive Rückkopplung vorgesehen sein, bei der ein Widerstand zwischen das Ausgangsende des Inverters 13 und das Eingangsende des Inverters 12 eingebaut ist. Ferner kann die erfindungsgemäße Maßnahme, die Betriebsspannung des Komparators 14 niedriger als in der Schaltung nach Fig. 2 zu machen, den Spannungszustand des Umschaltvorgangs klar machen, kann den Stromabfluß noch weiter verringern und kann die Betriebssicherheit einer großen Zahl von Hochimpedanz-Schaltkreisen verbessern, die mit der gemeinsamen Gleichstrom-Energiequelle verbunden sind.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. Hochimpedanz-Schaltkreisanordnung mit Ionisierungsrauchsensoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisierungsrauchsensor eine hohe Impedanz hat und in jedem von vielen Alarmschaltkreisen enthalten ist, die mit einer gemeinsamen Gleichstrom-Energiequelle verbunden und unabhängig voneinander sind, daß ein Energiequellen-Kurzzuschlißkreis so ausgebildet ist, daß ein beim Triggern zum Kurzschließen der Energiequelle eingerichteter Thyristor parallel zu dem entsprechenden Ionisierungsrauchsensor geschaltet ist, daß jeder Kurzschlußkreis ein Relais enthält, das durch einen Strom erregt wird, der stärker wird, wenn die Energeiquelle kurzgeschlossen wird, und das zur Betätigung von peripheren Mitteln dient, daß ein Meßkreis so ausgebildet ist, daß ein Halbleiterelement zum Stromverstärken einer Impedanzänderung des entsprechenden Ionisierungsrauchsensors parallel zu dem Ionisierungsrauchsensor unter dem Zustand der Parallelschaltung des entsprechenden Kurzschlußkreises geschaltet ist und daß ein Triggerkreis zwischen ein Ausgangsende des entsprechenden Meßkreises und ein Tor des entsprechenden Thyristors geschaltet ist und zwei Inverter aufweist, die in komplementärer Beziehung angeschlossen sind, derart, daß die beiden Inverter den entsprechenden Triggerkreis in Erwiderung auf einen Ausgang vom entsprechenden Meßkreis ausgeschaltet halten, der kleiner als eine Betriebsspannung der Inverter ist, während sie eine normalisierte Spannung vom Triggerkreis zum Tor des entsprechenden Thyristors zum Einschalten des Thyristors und zum Schließen des entsprechenden Kurzschlußkreises in Erwiderung auf einen Ausgang senden, der nicht kleiner als die Betriebsspannung ist.

2. Hochimpedanz-Schaltkreisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßkreis aus einem Feldatfekttransistor besteht, dessen Tor der Impedanzänderung des entsprechenden Ionisierungsrauchsensors unterliegt, ferner aus einer Zenerdiode und einem Widerstand, die in Reihe mit einem Abfluß des Feldeffekt-Transistors verbunden sind, und daß jeder Triggerkreis mit seinem Eingangsende mit einem Ausgangsende des Meßkreises zwischen der Zenerdiode und dem Widerstand verbunden ist, derart, daß Leekströme in dem Meßkreis und im Triggerkreis reduziert werden.

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3· Hochimpredanz-Schaltkreisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bnergei quellen -Anschlußspannung des Triggerkreises niedriger als eine Anschlußspannung des Meßkreises gemacht ist.

4· Hochimpedanz-Schaltkreisanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Zenerdioden, die in Eeihe j(geschaltet sind, zu einer Speiseleitung des Meßkreises parallelegeschaltet sind und daß Energiequellenanschlüsse des Triggerkreises mit einer Verbindung zwischen den "beiden Zenerdioden und mit der Speiseleitung verbunden sind.

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