DE2630501A1

DE2630501A1 - Pruefgeraet zur nachahmung von rauch fuer rauchdetektoren

Info

Publication number: DE2630501A1
Application number: DE19762630501
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Salem
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-11-10
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1977-05-12
Also published as: HK21780A; JPS5258989A; GB1551978A; IE42886L; BE844121A; IE42886B1

Description

Prüfgerät zur Nachahmung von Rauch für Rauchdetektoren

Die Erfindung betrifft Ionisations-Rauchdetektoren und insbesondere ein Prüfgerät zur Simulation des Vorhandenseins einer bestimmten Konzentration von in der Luft mitge führten Verbrennungsprodukten im Innern einer Meßkammer.

Ein Rauchdetektor des Ionisationstyps enthält eine Quelle für Alphastrahlen, beispielsweise eine geringe Menge von Americium 241, in einer Meßkammer mit positiven und negativen Elektroden. Die Meßkammer'ist praktisch frei zugänglich für die Atmosphäre einschließlich der in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukte. Die Alphastrahlung in der Meßkammer ionisiert die Luft zwischen den Elektroden und dies führt zum Fließen eines geringen elektrischen Stroms, wenn über den Elektroden Spannung angelegt wird. Wenn die in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukte (Rauch)

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in die Meßkammer eintreten, dann verringern sie die Beweglichkeit der Ionen und vergrößern hierdurch den Widerstand der Meßkammer für den Stromfluß. Die resultierende Änderung der elektrischen Kennwerte der Schaltung, welche die Meßkammer enthält, wird gemessen und zur Auslösung eines Warnsignals benutzt, wenn die elektrische Änderung einen ausgewählten Wert erreicht, welcher eine entsprechende Konzentration von Rauch oder Aerosolen im Innern der Meßkammer darstellt. Die normalerweise gemessene elektrische Kenngröße ist die Spannungsänderung über der Meßkammer, wobei diese Spannungsänderung als Ergebnis des vergrößerten Kammerwiderstandes infolge der Anwesenheit von sichtbaren oder unsichtbaren Verbrennungsprodukten in der Meßkammer auftritt. Das Meß- oder Warngerät erfaßt die Veränderung der Spannung und löst die Warneinrichtung aus, wenn die Spannungsänderung den gewählten Wert erreicht.

Es ist wichtig, daß der Rauchdetektor hoch empfindlich und zuverlässig im Betrieb ist. Es ist daher erwünscht, daß er periodisch überprüft werden kann,um sicherzustellen, daß alle seine Bauteile einschließlich der Meßkammer und des Warngerätes richtig arbeiten. Bisher bestand ein übliches Verfahren zur Prüfung eines Ionxsatxonsraachdetektors darin, absichtlich Rauch in die Meßkammer einzuleiten, beispielsweise dadurch, daß man Zigarettenrauch auf den Detektor blies, und anzunehmen das die Anlage richtig arbeitet, wenn dann ein Warnsignal erzeugt wird. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht völlig befriedigend da man nicht genau bestimmen kann wieviel Rauch tatsächlich in die Kammer eindringt. So ist es beispielsweise zur ausreichenden Frühwarnung bei Feuer ohne eine fälschliche Alarmauslösung bei normalen Kochdämpfen und ähnlichen erwünscht, daß Alarm gegeben wird, oder das Warnsignal ertönt, wenn der Rauchpegel im Innern der Meßi ammer im Bereich von 2 % liegt (2 Teile pro 100 Teile). Wenn Rauch auf den Detektor geblasen wird, dann weis die Person, welche das System überprüft nicht, ob das Warnsignal wegen des Vorhandenseins von 2 % Rauch oder 10 % Rauch oder mehr Rauch in der Mt-ükammer gegeben wurde. Mit anderen Worten kann es vorkommen, daß ein Ionisations-

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— Tf —

-δ.

Rauchdetektor nicht richtig arbeitet und trotzdem diese Rauchprobe besteht. Ein weiterer Lösungsweg für die Prüfung bestand darin, einen Testknopf vorzusehen. Wenn dieser gedrückt wird, dann wird in die Schaltung des Warngerätes ein elektrisches Signal eingegeben, das die Kennwerte der Meßkammer nachahmt, wie sie bei Vorhandensein einer bestimmten Konzentration von Verbrennungsprodukten oder Rauch im Innern der Kammer vorliegen. So kann beispielsweise das Drücken des Knopfes in einem solchen System die Meßkammer mit einem Widerstand kurzschließen, der einen Widerstandswert gleich dem Kammerwiderstand besitzt, wenn die vorbestimmte Rauchkonzentration in der Kammer vorhanden ist. Für den Fachmann ist leicht ersiehtIiCh₃ daß durch diese Methode die Arbeitsweise des Warngerätes ausreichend überprüft wird, jedoch nicht die Arbeitsweise der Meßkammer. Es ist sehr erwünscht, daß Prüfeinrichtungen zur Prüfung des gesamten Systems und aller im Betrieb benötigten Bauteile des Systems vorgesehen werden, einschließlich der Meßkammer und des Warngerätes.

Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Prüfung der Betriebsfähigkeit eines Ionisations-Rauchdetektors zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung verbesserter Einrichtungen für Ionisations-Rauchdetektoren zur Überprüfung des gesamten Systems einschließlich der Meßkammer und des Warngerätes.

Eine weitere Aufgabe-besteht in der Schaffung verbesserter Prüfeinrichtungen, mit denen festgestellt werden kann, ob ein Ionisations-Rauchdetektor richtig arbeitet, wen: eine bestimmte Mindestkonzentration von Rauch-oder Verbrennungsprodukten im Ιηηβτη der Meßkammer vorhanden ist.

Zusammengefaßt wird in einer Ausführungsform der Erfindung, ein Ionisations-Rauchdetektor mit einer Meßkammer und einer Sperr-

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oder Auffangeinrichtung vorgesehen. Diese Sperr- oder Auffangeinrichtung ist in der Meßkammer zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung beweglich, in der sie Alphateilchen auffängt und dadurch den elektrischen Widerstand der Kammer vergrößert und auf diese Weise die Anwesenheit einer vorgegebenen Konzentration von in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukten im Innern der Kammer simuliert. Insbesondere besitzt die Meßkammer einen Innenraum der praktisch frei zugänglich ist für die in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukte. Im Innern der Meßkammer sind erste und zweite Elektroden mit Abstand vorgesehen. Für die Ionisation der Luft zwischen den Elektroden ist eine Quelle für Alphastrahlen vorgesehen, so daß zwischen den Elektroden ein Strom fließt, wenn eine geeignete Spannung über den Elektroden angelegt wird. An die Meßkammer ist eine Warneinrichtung zur Erzeugung eines Warnsignals gekoppelt, wenn der elektrische Widerstand der Meßkammer konsistent ist mit dem Vorhandensein einer vorbestimmten Konzentration von in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukten im Innern der Meßkammer. Die Auffangeinrichtung ist zwischen einer ersten neutralen Stellung und einer zweiten Stellung, die näher an der Quelle für Alphastrahlung liegt, zum Abfangen von Alphateilchen beweglich. Mit der Auffangeinrichtung ist eine von Hand betätigbare Einrichtung zur Bewegung der Auffangeinrichtung zwischen der ersten und zweiten Stellung verbunden, um den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden zu erhöhen. Die Größe der Auffangeinrichtung und ihre Lage in der zweiten Stellung werden dabei so gewählt, daß der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden bei der in ihrer zweiten Stellung befindlichen Auffangeinrichtung praktisch identisch ist mit dem elektrischen Widerstand> wenn sich die Auffangeinrichtung in ihrer ersten Stellung befindet und die bestimmte Konzentration von Verbrennungsprodukten im Innern der Meß'kammer vorhanden ist. Auf diese Weise simuliert die Bewegung der Auffangeinrichtung in ihre zweite Stellung das Vorhandensein einer bestimmten Konzentration von Verbrennungsprodukten im Innern der Meßkammer und ergibt eine Prüfung des gesamten Detektorsystems

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einschließlich der Meßkammer und der Warneinrichtung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Auffangeinrichtung mindestens dann von den beiden Elektroden elektrisch isoliert, wenn sie sich in ihrer zweiten Stellung befindet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Auffangeinrichtung mit einer ausgewählten Elektrode gekoppelt, wenn sie sich in ihrer ersten Stellung befindet. In einer weiteren Form der Erfindung enthält die Auffangeinrichtung ein elektrisch leitendes Target, daß in Kontakt mit der ausgewählten Elektrode ist, wenn sich die Auffangeinrichtung in ih_rer ersten Stellung befindet, und die von Hand betätigte Einrichtung zur Bewegung der Auffangeinrichtung enthält einen außerhalb der Meßkammer angebrachten Druckknopf, eine isolierende Welle zur Verbindung des leitenden Targets und des Druckknopfes und eine Vorspannungseinrichtung, welche die Auffangeinrichtung in ihre erste Stellung bewegt.

Ein besseres Verständnis der Erfindung und weiterer Aufgaben und Merkmale derselben ergibt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Die Figur 1 zeigt eine Sehaltzeichnung für einen Rauchdetektor, welcher das Prüfgerät gemäß der Erfindung enthält.

Die Figur 2 zeigt eine Kurve für die Spannungsänderung an der Meßkammer nach Figur 1, wenn entweder Verbrennungsprodukte eingeleitet werden oder die Prüfeinrichtung gemäß der Erfindung betätigt wird.

Die Figur 3 zeigt eine Bragg'sehe Kurve 6 für die Anzahl der gebildeten Ionen in Abhängigkeit von dem Streckenabstand, welchen die Alphateilchen von der Strahlungsquelle ausgehenddurchlaufen.

Die Figur 4 ist eine ausführliche Ansicht der Meßkammer und eine Ausfuhrungsform der Auffangeinrichtung gemäß der Erfindung und der Einrichtung zur Bewegung der Auffan geinrichtung.

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Die Figur 5 zeigt eine Sehaltzeichnung ähnlich der Figur 1 und zeigt die Einfügung der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung in einen Rauchdetektor mit einer einzigen Ionisationskammer.

Die Figur 6 ist eine Ansicht ähnlich Figur 4 und zeigt die Auffangeinrichtung in ihrer zweiten Stellung.

Zur ausführlichen Beschreibung wird zunächst auf die Figur 1 Bezug genommen, welche einen Rauchdetektor 10 zeigt, der die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung enthält. Der Rauchdetektor 10 enthält ein Paar von Ionisationskammern 12 und 14, die in Reihe über ein Paar von Anschlüssen 16 und 18 geschaltet sind, mit denen eine geeignete Quelle für Glei chspannungs leistung verbunden werden kann. Die bestimmte dargestellte Schaltung ist ausgelegt für den Anschluß an eine Gleichspannungsbatterie an eine Spannung im Bereich von 10,5 bis 12,5 Volt, wobei der positive bzw. negative Anschluß der Batterie mit dem Anschluß 16 bzw, 18 in der dargestellten Weise verbunden wird. Die Kammer 12 ist gegenüber der Atmosphäre offen und ihr Innenraum ist daher frei zugänglich für die Luft und die in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukte oder Aerosole. Die Kammer 14 ist praktisch geschlossen und ihr Innenraum ist daher nicht frei zugänglich für die in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukte. Aus noch nachstehend ersichtlichen Gründen ist die Kammer 12 eine Meßkammer und die Kammer eine Bezugskammer.

Die· Kammer 12 enthält ein Paar von beabstandeten Elektroden 20 und 22 und eine Quelle 24 für Alphastrahlung, beispielsweise Americium 24l, zur Ionisation der Luft in dem Innenraum zwischen den Elektroden 20 und 22. Wie bereits erläutert wird zwischen den Elektroden 20 und 22 ein Ionenstrom fließen, wenn über den Elektroden eine Spannung angelegt wird. Wenn Aerosole oder Verbrennungsprodukte in den Innenraum der Kammer 12 eindringen, dann wird der Stromfluß verringert, wenn die Spannung über den Elektroden konstant gehalten wird. Mit anderen Worten, vergrößert die Einleitung von Verbrennungsaerosolen den elektrischen Wider-

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stand der Kammer 12 und die Größe der Widerstandsänderung ist ein Maß für die Menge der Verbrennungsprodukte, welche in der Kammer 12 vorhanden sind. Wenn beispielsweise eine konstante Spannung V^ gemäß der Darstellung in Figur 2 über der Meßkammer 12 angelegt wird, dann wird ein Ionenstrom I. fließen, wenn in der Kammer kein Rauch vorhanden ist, und ein Ionenstrom i' wird fließen wenn 2 % Rauch in der Kammer vorhanden sind. Die Bezugskammer 14 enthält ein Paar von beabstandeten Elektroden 26 und 2 und eine Quelle 30 für Alphastrahlung, beispielsweise Americium 241, zur Ionisation der Sauerstoffmoleküle und Stickstoffmoleküle in dem Innenraum zwischen den Elektroden 26 und 2 8. Da die Verbrennungsprodukte praktisch am Eindringen in das Innere der Kammer 14 gehindert werden, ist praktisch nur ein Ionenstrom für jede über den Anschlüssen 26 und 28 angelegte Spannung möglich (unter konstanten Umgebungsbedingungen). Aus Figur 2 ist ersiehtlieh, daß der Ionenstrom durch die Bezugskammer 14 I₁ ist, unter den angenommenen Umgebungsbedingungen eine Spannung V über den Anschlüssen 26 und 2 8 angelegt wird.

Ionisationskammern wie die Kammern 12 und 14 besitzen Kennlinien der Art wie sie in Figur 2 dargestellt sind. Die Kurve für jede Kammer besitzt eine zunächst lineare Steigung und in diesem Bereich besteht praktisch eine direkte oder lineare Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Ionenstrom. Wenn jedoch die Spannung einen bestimmten Wert übersteigt, dann wird die Kammer gesättigt und zeigt praktisch einen konstanten Strom über einen weiten Bereich der angelegten Spannungen. Die tatsächliche Form der Kennlinie für eine Kammer hängt von solchen Faktoren ab, wie dem Spannungsgradienten im Innern der Kammer, der Stärke der Alphastrahlungsquelle und von den anderen physikalischen Kenngrößen der Kammer. Die Grundkennlinie der Kammern 12 und 14 sind durch die Kurven der Figur 2 dargestellt, wobei die Meßkammer 12 in dem angedeuteten Spannungsbereich praktisch eine lineare Kennlinie besitzt und die Bezugskammer bereits bei relativ niedrigen Spannungen die Sättigung erreicht. Es ist in einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 erwünscht, daß die Meßkammer 12 in ihrem linearen Bereich arbeitet und die Bezugskammer 14 in ihrem Sättigungsbereich arbeitet.

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Wie in Figur 4 dargestellt, ionisiert die Quelle 2 4 für Alphastrahlen die Luft im Innern der Meßkammer 12 in einem Strahlungsfeld, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Es ist bekannt, daß die Anzahl der gebildeten Ionen und die Größe des Ionenstroms bei einer über den Elektroden 20 und 22 angelegten Spannung in einer Beziehung steht zu dem Streckenabstand, welchen die Alphateilchen von der Quelle aus durchlaufen. Diese Beziehung ist schematisch durch die Bragg¹sehe Kurve der Figur dargestellt. Die Anzahl der gebildeten Ionen steigt mit steigendem Abstand solange an, bis ein Abstand X erreicht ist, der etwa 3 cm beträgt. Danach ist praktisch die gesamte Energie der Alphateilchen erschöpft und es erfolgt keine Bildung weiterer Ionen. In der Meßkammer 12 der Figuren 1 und 4 ist der Abstand zwischen der Quelle 24 und der Elektrode 20 kleiner als 3 cm.

Daher wird die maximale Anzahl von Ionen erzeugt, wenn die von der Quelle 24 ausgehenden Alphateilchen ungehindert den Innenraum der Kammer durchlaufen. Wenn eine feste Spannung über den Elektroden 20 und 22 angelegt wird, dann besitzt der Ionenstrom unter diesen Bedingungen seinen Maximalwert. Mit anderen Worten ist der elektrische Widerstand der Kammer unter diesen Bedingungen relativ gering. Wenn jedoch in der Luft mitgeführte Verbrennungsprodukte in die Kammer eintreten, dann werden Zusammenstösse zwischen einigen der Alphateilchen und den relativ schweren Rauchteilchen stattfinden, wobei die Alphateilchen bei dem Zusammenstoß ihre Energie verlieren und danach nicht mehr in der Lage sind,weitere Ionen zu erzeugen. Weiterhin werden einige Ionen sich mit Rauchteilehen vereinigen. Das Ergebnis dieser Vorgänge besteht in einer Verringerung der Zahl der gebildeten Ionen, in einer Verkleinerung des Ionenstroms für die konstante Spannung über den Elektroden und in einer Vergrößerung des elektrischen Widerstandes der Kammer. Es ist offensichtlich, daß der Widerstand der Kammer mit steigenden Rauchmengen ansteigen wird, da größere Rauchmengen in der Kammer zum Abfangen einer größeren Zahl von Alphateilchen führen werden.

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Es wird nunmehr auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Die Kammern 12 und 14 sind in Reihe über die Anschlüsse 16 und 18 geschaltet-, so daß die praktisch konstante Spannung Vg einer mit den Anschlüssen verbundenen Batterie über der Schaltung angelegt wird, welche die beiden Kammern umfaßt. Da die Bezugskammer 14 absichtlich so ausgelegt ist, daß sie in ihrem Sättigungsbereich arbeitet, ist es offensichtlich, daß jederzeit ein praktisch konstanter Ionenstrom I₁ durch die Kammer 14 fließt. Da die Kammern 12 und 14 in Reihe geschaltet sind, fließt zu jeder Zeit der gleiche Ionenf I

strom I₁ durch die Meßkammer 12. Bei Abwesenheit von Rauch erfolgt über der Kammer 12 ein Spannungsabfall V₂. In ähnlicher Weise ist der Spannungsabfall V, über der Kammer 12 vorhanden, wenn 2 % Rauch zwischen ihren Elektroden vorhanden sind, und der Spannungsabfall über der Kammer 12 beträgt V₁₁, wenn 4 % Rauch vorhanden sind. Es ist offensichtlich, daß die Spannung über der Bezugskammer 14 V_a - V₂ beträgt, wenn ein Rauch vorhanden ist. Bei 2 % bzw. 4 % Rauch beträgt die Spannung über der Kammer 14 Vg - V^ bzw. Vg - V₁J. Es ist ersichtlich, daß die Spannung an dem Verzweigungspunkt oder Verbindungspunkt 32 zwischen den Kammern 12 und 14 ein Maß für die Menge der in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukte im Innern der Kammer 12 ist. An die Meßkammer 12 und den Verzweigungspunkt 32 kann eine Schaltung zur Warnsignalerzeugung gekoppelt werden, um die Änderung der Spannung am Verzweigungsρunkt 32 zu erfassen oder zu messen und ein Warnsignal zu erzeugen, wenn die Spannung konsistent ist mit der Anwesenheit einer bestimmten Mindestmenge an Rauch oder ähnlichen Produkten im Innern der Kammer 12. Die Figuren 1 und 5 zeigen verschiedene Formen eine für die Zwecke geeigneten Schaltung.

Wie in Figur 1 dargestellt, enthält die Einrichtung zur Warnsignalerzeugung einen MOSFET-Feldeffekttransistor mit Verstärkungseffekt (enhancement type), dessen Gate an den Verzweigungspunkt 32 gekoppelt ist. Die Source des MOSFET-Transistors 34 ist mit dem positiven Anschluß 16 verbunden und der Drain des MOSFET-

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- te- -

-λ.

Transistors ist über Reihenwiderstände 36 und 38 mit dem negativen Anschluß 18 verbunden. Eine Schaltereinrichtung mit hohem Verstärkungsgrad umfaßt ein Paar von in Kaskade geschalteten Thyristoren (SCR¹S) und ist dadurch an den MOSPET-Transistor 34 gekoppelt, daß das Gate des ersten Thyristors 40 mit dem Verzweigungspunkt 42 zwischen den beiden Reihenwiderständen 36 und 38 verbunden ist. Die Kathode des ersten Thyristors 40 ist mit dem Gate des zweiten Thyristors 44 und über einen Widerstand 46 mit dem negativen Anschluß l8 verbunden. Der zweite Thyristor ist in einer Reihe mit einer Hornanordnung 50 über die Anschlüsse l6 und 18 geschaltet. Ein Widerstand 52 ist zwischen der Anode des ersten Thyristors 40 und der Hornanordnung 50 vorgesehen, über den Anschlüssen 16 und 18 befindet sich ein Kondensator 62, um schnelle Änderungen in der Versorgungsspannung oder Netzspannung während der Betätigung des Horn 50 zu verhindern.

Wenn kein Rauch oder andere in der Luft' mitgeführte Verbrennungsprodukte im Innern der Meßkammer 12 vorhanden sind, dann ist die Spannung über der Meßkammer 12 kleiner als die Schwellwertspannung des MOSPET-Transistors 34. Da der MOSPET-Transistor 34 ein solcher Transistor mit Verstärkungseffekt (enhancement type) ist, bedeutet dies, daß der MOSPET-Transistor unter diesen Bedingungen gesperrt ist, (d. h. er läßt keinen Strom durch). Da der MOSPET-Transistor 34 gesperrt ist, fließt kein Strom durch die Widerstände 36 und 38 und der Verzweigungspunkt 42 wird auf der Spannung des negativen Anschlusses 18 gehalten. Infolgedessen wird auch der erste Thyristor 40 in seinem gesperrten oder nicht-stromdurchlässigen Stromzustand- gehalten. Da der erste Thyristor 40 keinen Strom durchläßt, wird auch das Gate des zweiten Thyristors 44 auf der Spannung des negativen Anschlusses gehalten. Dies bedeutet das der Thyristor 44 gesperrt bleibt und das Horn 50 nicht betätigt wird. Es ist zu beachten, daß unter diesen Verhältnissen alle Bauelemente der Meß- und Schaltereinrichtung gesperrt sind und daher keine kontinuierliche Stromentnahme für eine Batterie besteht, welche über die Anschlüsse 16 und 18 geschaltet ist.

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-Vt-

Wenn Rauch oder andere Verbrennungsprodukte in die Kammer 12 eintreten, dann steigt die Spannung über der Kammer 12 und die Spannung an der Strecke-Source-Gate des MOSPET-Transistors 34 an. Wenn die Elemente so ausgewählt und eingestellt werden, daß die Schwellwertspannung des MOSFET-Transistors 34 erreicht wird, wenn in der Meßkammer 12 2 % Rauch vorhanden sind, dann wird der MOSPET-Transistor Strom durchlassen, wenn die Spannung am Verzweigungspunkt 32 konsistent ist mit der Anwesenheit von mindestens 2 % Rauch in der Kammer 12. Mit anderen Worten wird der MOSPET-Transistor 34 immer dann Strom durchlassen, wenn die Rauchkonzentration im Innern der Kammer 2 % oder mehr beträgt. Durch richtige Auswahl und Einstellung der Bauteile kann erreicht werden, daß der MOSPET-Transistor 34 mit dem Stromdurchlaß bei irgendeiner gewünschten Mindestgröße der Rauchkonzentration beginnt. Wenn einmal der MOS^ET-Transistor mit dem Stromdurchlaß beginnt, dann wird Strom durch die Widerstände 36 und 38 fließen und die Spannung am Verzweigungspunkt 42 ausreichend anheben zur Einschaltung des ersten Thyristors 40. Infolge des Stromflusses durch den Thyristor 40 und den Widerstand 56 wird dann die Spannung an dem Gate des Thyristors 44 ausreichend sein zur Einschaltung des Thyristors 44 und damit zur Betätigung des Horns 50. Wenn die Rauchkonzentration in der Kammer 12 unter den vorgewählten Auslösepunkt absinkt, dann wird die Spannung an dem Ve r zweigen gs ρ unkt 32 ansteigen .und die Spannung an dem MOSPET-Transistor 34 wird daher unter den Schwellwert absinken und der MOSFET-Transistor 34 wird gesperrt werden oder abschalten. Dies bedeutet, daß die Spannung an dem Verzweigungspunkt 42 ebenfalls absinken wird und der Thyristor 40 abschalten wird, wenn sein Strom unterhalb des Haltewertes absinkt, (infolge der periodischen Unterbrechung der normalerweise geschlossenen Hornkontakte während der Betätigung des Horns. Dies wird seinerseits bewirken, daß der zweite Thyristor 44 sich selbst und das Horn 50 abschaltet oder sperrt.

In Figur 5 ist eine einzige Ionisationskammer 12* in Reihe mit einem Widerstand 72 über die Anschlüsse I6¹ und 18' geschaltet, welche zur Verbindung mit einer geeigneten Gleichspannungskraft-

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quelle dienen. Wenn Verbrennungsprodukte in die Meßkammer 12' eintreten, dann wird der Widerstand ansteigen, und es ergibt sich einmal eine Verringerung des Ionenstromflusses durch die Schaltung und ein Ansteigen der Spannung über der Kammer 12 und über der Strecke-Souree-Gate eines MOSFET-Transistors 34'. Bei einem vorbestimmten Mindestwert an Rauch in der Kammer 12' wird die Spannung an dem Verzweigungspunkt 32' ausreichend absinken, zum Einschalten des MOSFET-Transistors 34· mit Verstärkungseffekt (enhancement typd . Durch den Stromdurchgang am MOSFET-Transistor 34' wird das Horn 50 in der gleichen Weise eingeschaltet wie in der Schaltung nach Figur 1. Einejausführlichere Beschreibung des vorstehend beschriebenen Rauchdetektors und der Warneinrichtung der Figuren 1 und 5 wird in der gleichzeitig hinterlegten deutschen Patentanmeldung P (Docket 3982-6D-4637)

der Anmelder in gegeben.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 6 die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung beschrieben. Wie dort abgebildet besitzt die Elektrode 20 eine mittlere Öffnung 80 zur Aufnahme des unteren Endes einer metallisch leitenden allgemeinen zylindrischen Hülse 82, die eine Eindrehung 84 zur Aufnahme einer ebenen leitenden Targetplatte 86 besitzt. Die Targetplatte 86 bildet zusammen mit einem an ihrer Rückseite befestigten leitenden Zapfen 88 die Auffangeinrichtung gemäß der Erfindung. Der Zapfen 88 enthält einen gerändelten Teil 90, der in einen nach unten ragenden Schaftteil 92 eines Druckknopfes 94 eingepreßt ist, der außerhalb der Kammer 12 angeordnet ist. Der Schaft 92 sitzt gleitend in dem oberen Teil der Hülse 82 und eine Druckfeder umschließt die Hülse 83 und spannt den Druckknopf 94 so nach oben vor, daß die Targetplatte 86 in der Eindrehung 84 sitzt. Diese Stellung gemäß der Abbildung in Figur 4 wird nachstehend als erste Stellung oder Lage der Auffangeinrichtung bezeichnet. Wenn eine überprüfung des Rauchdetektors gewünscht wird, dann .wird auf den Druckknopf 94 eine Kraft zur Überwindung der Vorspannungsfeder 96 ausgeübt, um die Auffangeinrichtung in,eine in Figur 6 gezeigte Stellung zu bringen. Aus noch nachstehend ersichtlichen Gründen ist der Schaft 92 aus einem isolierenden

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Material gebildet₃ beispielsweise aus Kunststoff, und endet weitgenug von der Targetplatte 86 entfernt, so daß ein Eindringen des Kunststoffmaterials in die Kammer 12 verhindert wird, wenn die Auffangeinrichtung in ihre zweite Stellung bewegt wird.

Wenn die Auffangeinrichtung die in Figur 4 gezeigte Stellung besitzt, dann bildet die Targetplatte 86 und die Hülse 82 mit der Elektrode 20 zusammen eine elektrisch verbundene Elektrodenoberfläche über dem Oberteil der Kammer 12. Es kann daher gesagt werden, daß die Auffangeinrichtung nicht in das Strahlungsfeld hineinragt. Wenn jedoch die Auffangeinrichtung in ihre zweite Stellung gemäß der Abbildung in Figur 6 bewegt wird, dann ragen die Targetplatte 86 und der Zapfen 88 in das Strahlungsfeld hinein und fangen einige der Alphateilchen ab, bevor sie ihren Laufweg durch die Kammer beenden können. Infolgedessen wird die Größe der Ionisation in der Kammer verringert und der Kammerwiderstand steigt in der gleichen Weise an, wie dies beim Eintreten von Rauch in die Kammer der Fall wäre. Durch die Herstellung des Schaftes 92 aus isolierendem Material wird eine elektrische Leitung zwischen der Targetplatte 86 und der Elektrode 20 verhindert, daß jede bedeutungsvolle Änderung des elektrischen Feldes im Innern der Kammer vermieden wird, wenn· die Auffangeinrichtung aus ihrer ersten Stellung und in Richtung ihrer zweiten Stellung bewegt wird. Weiterhin wird jegliche bei dem Niederdrücken des Druckknopfes 94 vorhandene statische Elektrizität unmittelbar durch die Elektrode 20 abgeführt. Dies geschieht dadurch, daß die Targetplatte leitend ist und sich in Kontakt mit der Elektrode 20 über die Buchse oder Hülse 82 befindet, wenn die Auffangeinrichtung in ihrer ersten Stellung ist.

Es wird nunmehr auf die Figuren 1, 4 und 6 Bezug genommen. Wenn gewünscht wird, daß die Warneinrichtung 50 betätigt wird, wenn ein vorgegebenes Mindestmaß an Rauch in der Meßkammer 12 vorhanden ist, beispielsweise 2 %₃ dann werden der MOSFET-Transistor 34 und andere Bauelemente der Warnschaltung so ausgewählt, daß das Horn ertönt, wenn der elektrische Widerstand der Kammer 12

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konsistent ist mit der Anwesenheit einer vorbestimmten Konzentration von Verbrennungsprodukten im Innern der Kammer. Durch die Wahl der Größe der Auffangeinrichtung und der genauen Stellung der Targefclatte 86 kann der Widerstand der Kammer, welcher bei der zweiten Stellung der Auffangeinrichtung und ohne Rauch in der Kammer vorhanden ist, gleich groß gemacht werden, wie der Kammerwiderstand, wenn diese vorbestimmte Konzentration von Verbrennungsprodukten vorhanden sind. Auf diese Weise wird durch das Niederdrücken des Druckknopfes die Anwesenheit einer vorbestimmten Mindestkonzentration von Verbrennungsprodukten in der Kammer durch Erhöhung des Widerstandes der Kammer simuliert und dadurch die Warnschaltung veranlaßt, ein Warnsignal zu·, erzeugen. Unter diesen Umständen zeigt die Erzeugung des Warnsignals nicht nur an, daß die Warnsignalschaltung richtig arbeitet, sondern bedeutet auch, daß die Kammer richtig ansprechen wird, wenn die vorbestimmte Rauchkonzentration vorhanden ist. Wenn das Warnsignal nicht ertönt, ist dies ein Anzeichen dafür, daß entweder die Warnsignalschaltung oder die Kammer selbst nicht richtig arbeiten.

Die genaue Größe der Targetplatte 86 und des Zapfens 88 und ihre Lage im Innern der Kammer 12 können durch den Fachmann ermittelt werden. In einer Ausfuhrungsform der Erfindung wurde ein Rauchdetektor mit der Prüfeinrichtung gemäß der Erfindung gebaut und erfolgreich betrieben. Der Detektor enthielt dabei eine Meßkammer 12 mit einer Quelle vonlMikrocurie aus Americium 241 und eine Bezugskammer 14 mit einer Quelle von zwei Mikrocurie aus Americium 241. Die Kammern waren so eingestellt, daß sie einen Sät-

— 12 tigungsstrom von 35 Pico-Ampere ergaben (35 · 10 Ampere) und eine Spannung von etwa 3,3 Volt über der Meßkammer 12 bei Abwesenheit von Rauch, wenn eine Batterie mit einem Spannungsbereich von 12,5 - 10,5 Volt über den Anschlüssen 16 und 18 angeschlossen wird. Der Abstand zwischen den Elektroden 20 und 22 betrug 0,767 cm zur Erzeugung eines Spannungsgradienten von 5>9 Volt pro cm und der Abstand zwischen der Quelle 24 und der Targetplatte 86 betrug 0,58 cm bzw. 0,078 cm, wenn die Targetplatte 86

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in ihrer ersten bzw. zweiten Stellung war. Es wurde eine Batterie mit der Handelsbezeichnung Mallory Modell Nr. 30 41 16 mit einer Anfangsspannung von 12,3 Voltverwendet. Die Kammern 12 und 14 wurden weiterhin so eingestellt, daß sie eine Spannung von 4,3 Volt entsprechend der Schwellwertspannung des MOSFET-Transistors 30 ergaben, wenn entweder die Rauchkonzentration in der Kammer 2 % Rauch erreichte oder die Auffangeinrichtung in ihre zweite Stellung bewegt wurde. Der MOSFET-Transistor 34 war ein Transistor des Typs 3N 163 und die Widerstände 36 bzw. 38 besaßen Widerstandswerte von 27 000 bzw. 15 000 0hm. Für die Thyristoren 40 und 44 wurden Thyristoren des Typs C IO3B verwendet. Die Widerstände 46 bzw. 42 besaßen einen Widerstandswert von 1000 bzw. 68OO 0hm. Das Horn 50 enthielt ein handelsmäßig erhältliches Horn der Firma Delta Electric in Marion, Indiana, Model 16003196 in Parallelschaltung mit einem Kondensator 60 von 0,01 Mikrofarad und einem Widerstand 58 von 200 0hm. Die Kontakte 56 sind im Gehäuse des Horns enthalten. Der Kondensator 62 besaß eine Kapazität von 330 Mikrofarad.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Erfindung eine verbesserte Einrichtung zur Prüfung eines Ionisationsrauchdetektors auf Betriebsbereitschaft schafft, wobei durch die Prüfeinrichtung das gesamte System einschließlich der Meßkammer und des Warngerätes geprüft wird. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung ist in der Lage festzustellen, ob der Rauchdetektor richtig arbeitet oder nicht, wenn eine vorbestimmte Rauchkonzentration im Innern der Meßkammer vorhanden ist. Für die richtige überprüfung ist es erwünscht, daß die Auffangeinrichtung elektrisch mit einer der Kammerelektroden gekoppelt ist, wenn sie sich in ihrer ersten Stellung befindet, und von der Elektrode elektrisch isoliert ist, wenn sie aus dieser ersten Stellung herausbewegt wird.

Vorstehend wurde die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform besehrieben. Der Fachmann wird

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jedoch verstehen, daß verschiedene Änderungen der Form der Einzelheiten und der Anwendung vorgenommen werden können ₃ ohne den weiteren Umfang der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

/ l.iIonisations-Rauchdetektor, dadurch gekenn-

V/zeichnet , daß er umfaßt:

eine Meßkammer (12) mit einem Innenraum der praktisch frei zugänglich für in der Luft mitgeführte .Verbrennungsprodukte ist,

erste und zweite beabstandete Elektroden (2p, 22) im Innern der Meßkammer (12),

eine Quelle (24) für Alphastrahlung zur Ionisation der Luft zwischen der ersten und der zweiten Elektro κ; (20, 22) in einer solchen Weise, daß zwischen diesen Elektroden Strom fließt, wenn eine geeignete Spannung über den ersten und zweiten Elektroden anliegt,

eine an die Meßkammer (12) gekoppelte Warneinrichtung zur Erzeugung eines Warnsignals, wenn der elektrische Widerstand der Meßkammer (12) konsistent ist mit dem Vorhandensein einer vorbestimmten Konzentration von in der Luft jnitgeführten Verbrennungsprodukten im Innern der Meßkammer,.

eine zwischen einer ersten neutralen Stellung und einer zweiten näher bei der Quelle (24) für Alphastrahlung liegenden Stellung beweglichen Auffangeinrichtung zum Abfangen von Alphateilchen,

eine von Hand betätigbare Einrichtung, welche an die Auffangeinrichtung zur Bewegung derselben zwischen der ersten und zweiten Stellung zwecks Vergrößerung des elektrischen Widerstandes zwischen der ersten und zweiten Elektrode (20, 22) gekoppelt ist,

wobei die Abmessung der Auffangeinrichtung und ihre Lage in der zweiten Stellung so gewählt sind, daß der elektrische Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode (20, 22), wenn sich die Auffangeinrichtung in dieser zweiten Stellung befindet, praktisch identisch ist zu dem elektrischen Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode, wenn sich die Auffangeinrichtung in der ersten Stellung befindet, und die vorbestimmte Konzentration von in der Luft mitgeführten

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Verbrennungsprodukten in der Meßkammer (12) vorhanden ist,

wodurch die Anwesenheit dieser vorbestimmten Konzentration von in der Luft mitgeführten Verbrennungsprodukten im Innern der Meßkammer simulierbar ist durch Bewegung der Auffangeinrichtung in die zweite Stellung zur Überprüfung der Ansprechfähigkeit der Warneinrichtung.
2. Rauchdetektor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet , daß die von Hand betätigbare Einrichtung zur Bewegung der Auffangexnrichtung einen Druckknopf (94) enthält j der außerhalb der Meßkammer (12) angeordnet ist, so wie einen Schaft (92) zur Verbindung des Druckknopfes (94) und der Auffangexnrichtung.
3. Rauchdetektor nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangexnrichtung von der ersten und der zweiten Elektrode (20, 22) mindestens dann elektrisch isoliert ist, wenn die Auffangexnrichtung in dieser zweiten Stellung ist.
4. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangexnrichtung nur dann mit einer ausgewählten Elektrode (20) der ersten und zweiten Elektroden 20, 22) elektrisch gekoppelt ist, wenn sich die Auffangexnrichtung in dieser ersten Stellung befindet, wobei die Auffangexnrichtung von der ersten und der zweiten Elektrode (20, 22) elektrisch isoliert ist, wenn sich die Auffangexnrichtung in der zweiten Stellung befindet, sowie in praktisch allen Zwischenstellungen zwischen der ersten und zweiten Stellung.
5. Rauchdetektor nach Anspruch 4, dadurch ge·kennzeichnet , daß die von Hand betätigbare Einrichtung zur Bewegung der Auffangexnrichtung einen Druckknopf (94) umfaßt, der außerhalb der Meßkammer (12) befestigt ist, wobei noch ein Schaft (92) zur Verbindung des Druckknopfes und der

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Auffangeinrichtung und eine Vorspannungseinrichtung (96) vorgesehen ist, welche die Auffangeinrichtung in Richtung zur ersten Stellung vorspannt.
6. Rauchdetektor nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangeinrichtung ein elektrisch leitendes Target (86) enthält, da.s in Kontakt mit der ausgewählten Elektrode (20) ist, wenn sich die Auffangeinrichtung in der ersten Stellung befindet, und einen Abstand von der ersten und auch von der zweiten Elektrode (?.O, 22) besitzt , wenn die Auffangeinrichtung aus der ersten Stellung herausbewegt ist.
7. Rauchdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (92) ein elektrischer Isolator ist.
8. Rauchdetektor nach Anspruch Y₃ dadurch gekennzeichnet , daß nur das elektrisch leitende Target (86) in die Meßkammer 12 hineinragt, wenn die Auffangeinrichtung zwischen der ersten und zweiten Stellung verschoben ist.