DE2713280A1

DE2713280A1 - Feuermelderanlage mit parallel geschalteten ionisationsmeldern

Info

Publication number: DE2713280A1
Application number: DE19772713280
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing Grad Muenstedt
Original assignee: Geba & Co GmbH; GEBA GESELLSCHAFT fur ELEKTRONISCHE BRANDMELDEANLAGEN MBH AND Co
Current assignee: Geba & Co GmbH; GEBA GESELLSCHAFT fur ELEKTRONISCHE BRANDMELDEANLAGEN MBH AND Co
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1977-03-25
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2713280B2; DE2713280C3; US4224611A

Description

PATENTANWÄLTE 3 ⁷ °

DIETRICH LEWINSKY

ΗΕΙΝΖΟΟΑΟΊΜ [-!ÜBER
REINER PRJi-TSCH
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GOTTHARD3TR. 81 25. März 1977

9359-IV/Hg

GEBA Gesellschaft für elektronische Brandmeldeanlagen mbH & Co. , Ruhrstraße 58, 4o4O Neuss 21

Feuermelderanlage mit parallel geschalteten Ionisationsmeldern

Die Erfindung betrifft eine Feuermeldeanlage, mit mindestens einer

oder vierdrähti^e

von einer Zentrale abgehenden, zweidrähtigen/Meldelinie für parallel geschaltete, aus der Meldelinie gleichspannungsversorgte Ionisationsfeuermelder, deren jeder eine Meßionisationskammer, eine in Serie dazu liegende Referenzionisationskammer, einen mit deren gemeinsamer Mittelelektrode über seine Gateelektrode verbundenen Feldeffekttransistor und eine diesem nachgeschaltete, elektronische Schaltung mit zwei stabilden Zuständen umfaßt, wobei die elektronische Schaltung von der Meldelinie aus gesehen im ersten, der Alarmbereitschaft entsprechenden Zustand hochohmig und im zweiten, dem Alarmfall entsprechenden Zustand niederohmig ist.

Eine derartige Feuermeldeanlage ist aus der DT-OS 2 261 179 bekannt. Zur Vermeidung von Fehlalarmen, hervorgerufen durch ein Ansprechen des Melders infolge von Störungen auf der Meldelinie, umfaßt jeder Melder einen Steuerimpulsgenerator und einen Rück-. stellimpulsgenerator für die beispielsweise als rückgekoppelter Schaltverstärker ausgeführte, elektronische Schaltung mit den zwei stabilen Zuständen. Trotz des dadurch bedingten, verhältnismäßig großen schaltungstechnischen Aufwandes für jeden der häufig zahlreichen Melder einer Feuermeldeanlage ist es bei dieser bekannten Anlage nicht möglich, die Funktionsfähigkeit der Melder von der Zentrale aus zu überprüfen.

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Desweiteren ist auch aus der DT-PS 1 566 687 bereits eine Feuermeldeanlage bekannt, deren parallel geschaltete, aus der Meldelinie gleichspannungsversorgte Ionisationsmelder eine elektronische Schaltung enthalten, die den Alarmzustand speichert, also auch dann aufrecht erhält, wenn die alarmauslösenden Bedingungen wieder verschwunden sind. Zwar ist dabei ein Löschen von in den Alarmzustand gegangenen Meldern von der Zentrale aus durch einfache Unterbrechung der Meldelinien-Versorgungsspannung möglich. Wenn jedoch außerdem die Funktionstüchtigkeit der Melder von der Zentrale aus überprüfbar sein soll, sind zusätzlich zu den beiden Linienleitern ein dritter Prüfleiter und eine Auswerteschaltung in der Zentrale notwendig.

Eine Feuenneldeanlage, die auch ohne Prüfleiter eine überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Melder von der Zentrale aus erlaubt, ist schließlich noch aus der DT-AS 1 766 MO bekannt. Hierbei wird die Meldelinie bzw. jede Meldelinie nicht mit Gleichspannung sondern mit Wechselspannung versorgt und jeder Melder ist so ausgebildet, daß er für die eine Polarität der Speisespannung eine hohe und für die andere Polarität eine niedrige Impedanz aufweist und sich im Alarmfall diese Impedanzen umkehren und in der Zentrale Mittel vorhanden sind, die die Impedanz zwischen den Linienleitern während der beiden Vorzeichen der Linienspannung getrennt voneinander feststellen und zur Alarm- oder Störsignalauslösung auswerten. Dies bedingt aber wiederum einen erhöhten schaltungstechnischen Aufwand; außerdem ist eine solche Anlage mit wechselspannungsgespeisten Meldern empfindlicher gegenüber in die Meldelinie induzierten Störspannungen als eine Anlage mit gleichspannungsversorgten Meldern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feuermeldeanlage der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die bei geringem Bauteileaufwand je Melder auf einfachste Weise eine überprüfung der Funktionsfähigkeit der Melder von der Zentrale aus gestattet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der FeId-

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effekttransistor ein selbstleitender Typ ist, dessen Eingangskapazität über die Meßionisationskammer aufgeladen werden muß und daß die elektronische Schaltung einen Integrationskondensator zur Unterdrückung kurzzeitiger Ausgangssignale des Feldeffekttransistors umfaßt und der Melder durch eine Unterbrechung der Spannungsversorgung der Meldelinie rückstellbar ist, deren Dauer größer als die Entladezeitkonstante des Integrationskoridensators und kleiner als die durch die Eingangskapazität und den Eingangswiderstand des Feldeffekttransistors und den Widerstand der Referenzionisationskammer und der Meßionisationskammer bestimmte Zeitkonstante ist.

Dabei ist nach einer bevorzugten Ausführungsform die elektronische Schaltung ein rückgekoppelter Schaltverstärker.

Vorzugsweise umfaßt der Schaltverstärker einen durch den Feldeffekttransistor gesteuerten Eingangstransistor und einen von diesem gesteuerten Arbeitstransistor, parallel zu dessen Basis/ Emitter-Strecke der Integratioriskondensator liegt und dessen Emitter/Kollektor-Strecke in Serie mit einem Lastwiderstand zwischen den Leitern der Meldelinie liegt.

Um die Ansprechempfindlichkeit des Melders weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur zu machen, ist weiterhin vorgesehen, daß die Sourceelektrode des Feldeffekttransistors mit einem Spannungsteiler verbunden ist, der wenigstens ein Halbleiterelement mit temperaturabhängigem Widerstand enthält und die Temperaturabhängigkeit des Feldeffekttransistors kompensiert.

Dabei kann das Halbleiterelement eine ir. Sperrichtung betriebene Germaniumdiode sein.

Eine jedem Melder zugeordnete, optische Anzeige dessen Beti-iebszustandes läßt sich auf besonders einfache Weise dadurch erzielen, daß der Lastwiderstand aus der Serienschalturip: mindestens zweier Widerstände besteht, zu deren einem eine Leuchtdiode parallel geschaltet ist.

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Eine weitere Ausführungsform, die es gestattet, den Betriebszustand jedes Melders örtlich getrennt von diesem anzuzeigen, zeichnet sich dadurch aus, daß der Lastwiderstand aus der Serienschaltung von drei Widerständen besteht, zu deren einem der Eingang eines Optokopplers parallel geschaltet ist.

Zweckmäßig steuert hierbei der Ausgang des Optokopplers einen Verstärkertransistor.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer beispielsweise gewählten Ausführungsform eines Melders der Feuermeldeanlage nach der Erfindung.

Der Melder enthält als Brandfühler eine Meßionisationskammer MK, die elektrisch in Reihe mit einer Referenzionisationskammer RK über einen Widerstand R21 an der von den Linienleitern gelieferten Versorgungsgleichspannung liegt. An die gemeinsame Mittelelektrode der Referenz- und der Meßionisationskammer ist die Gateelektrode· eines selbstleitenden iM-Kanal-Feldeffekttransistors Tl, im folgenden kurz FET genannt, angeschlossen. Dabei ist aus später noch erläuterten Gründen wesentlich, daß die Reihenschaltung aus der Meßionisationskammer MK und der Referenzionisationskammer RK derart mit der Speisespannung verbunden ist, daß die Referenzionisationskammer parallel zu der gestrichelt gezeichneten Eingangskapazität CE und damit auch parallel zu dem ebenfalls gestrichelt gezeichneten Eingangswiderstand Rp des Feldeffekttransistors Tl liegt.

Die Gateelektrode des FET Tl erhält über den Schleifer eines in einem Spannungsteiler liegenden Trimmpotentiometers R2 eine Vorspannung, die so eingestellt wird, daß der FET Tl im Normalzustand gesperrt ist. Der Spannungsteiler besteht aus dem Widerstand Rl, der dazu parallel liegenden Serienschaltung aus einer in Sperrichtung betriebenen Diode Dl und einem Widerstand R^, sowie aus der zu dieser Parallelschaltung in Serie liegenden Schaltung aus dem Trimmpotentiometer R2 und einem Widerstand R3.

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Die in Sperrichtung betriebene Diode Dl, vorzugsweise eine Germaniumdiode, dient dabei dazu, die Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des FET Tl zu kompensieren. Der Eingangswiderstand des FET Tl sinkt nämlich mit steigender Temperatur. Damit wird auch die Gatespannung kleiner, so daß der FET empfindlicher wird. Da aber gleichzeitig der Sperrstrom durch die Diode Dl mit wachsender Temperatur zunimmt, verschiebt sich auch die Vorspannung am Schleifer des Trimmpotentiometers R2 bei den im Schaltbild eingezeichneten Polaritäten der Linienleiterspannung gegen positivere Werte, so daß die Eingangsempfindlichkeit des FET temperaturunabhängig konstant bleibt.

Die Drainelektrode des FET Tl liegt über einen Widerstand R5 an positivem Potential. Außerdem ist die Drainelektrode über einen Kopplungswiderstand R6 mit der Basis eines Eingangstransistors T2 eines komplementär aufgebauten Schaltverstärkers verbunden. Im Kollektorkreis dieses PNP-Transistors liegt der Widerstand RIO. Der Kollektor des Transistors T2 ist über einen Kopplungswiderstand R7 mit der Basis eines NPN-Arbeitstransistors T3 des Schaltverstärkers verbunden. Parallel zur Basis/Emitter-Strecke des Arbeitstransistors T3 liegt ein Kondensator Cl. über die Kollektorwiderstände R8, R9 liegt der Arbeitstransistor T3 an positivem Potential. Der Kollektor des Arbeitstransistors T3 ist über einen Rückkopplungswiderstand RIl mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Drainwiderstandes R5 und des Ankopplungswiderstandes R6 des Eingangstransistors T2 des Schaltverstärkers verbunden.

Parallel zu dem Widerstand R9 im Kollektorzweig des Arbeitstransistors T3 liegt eine Leuchtdiode D2 zur Anzeige des Melderzustandes. Desweiteren liegt aber auch noch parallel zu dem für den gesamten Melder gemeinsamen Vorwiderstand R21 ein Optokoppler K, der den Anschluß einer von dem Melder abgesetzten, externen Individualanzeige dessen Zustandes ermöglicht, ohne daß der Melder bzw. dessen Stromversorgung über die Meldelinie hierdurch wesentlich belastet werden. Der Augangskreis des Optokopplers bildet hierzu einen Teil eines desweiteren die Widerstände R23

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und R24 umfassenden Spannungsteilers für die Basisvorspannung eines Arbeitstransistors T^, in dessen Kollektorzweig ein Strombegrenzungswiderstand R22 liegt.

Sofern auf die abgesetzte Individualanzeige und damit auf den Optokoppler K verzichtet wird, kann grundsätzlich auch der Widerstand R21 entfallen, ohne daß hierzu die Werte der Bauelemente der eigentlichen Melderschaltung verändert werden müßten. Der Widerstand R21 dient lediglich dazu, auch bei angeschlossenem Optokoppler der Melderschaltung das positive Versorgungsspannungspotential mit definiertem Eingangswiderstand zuzuführen.

Der beschriebene Melder arbeitet wie folgt:

a) Einschaltvorgang

Wird die Betriebsspannung an den Melder gelegt, so fällt im Einschaltaugenblick der überwiegende Teil der Versorgungsspannung über der Meßkammer MK ab, da zu der Referenzkammer RK die Eingangskapazität C_£ des FET Tl parallel liegt. Mit zunehmender Aufladung dieser Eingangskapazität C_£ über die Meßkammer MK sinkt daher das Gatepotential von seinem zunächst positiver liegenden Wert auf eine Spannung, die nach Beendigung der Aufladung durch den aus der Meßkammer MK und der Parallelschaltung aus der Referenzkammer RK und dem Eingangswiderstand R₁₇ des FET Tl bestehenden Spannungsteiler bestimmt wird.

Die durch die Eingangskapazität C_E des FET hervorgerufene Zeitkonstante von einigen Sekunden, z.B. fünf Sekunden, erlaubt auf einfachste Weise eine Funktionskontrolle des Melders, was nachfolgend noch erläutert werden wird.

b) Alarmfall

Bei Raucheintritt in die Meßkammer MK erhöht sich ihr Widerstand. Damit wird das Gatepotential des FET Tl posi-

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tiver, wodurch sein Kanalwiderstand niederohmig wird. Es fließt ein Strom über R5, die Kanalstrecke des FET, über R2 und R3. Dieser Strom erzeugt einen Spannungsabfall über R5, so daß der Eingangstransistor T2 des Schaltverstärkers leitend wird. Mit einer kleinen, durch Cl bestimmten Verzögerung wird damit auch der Arbeitstransistor T3 leitend. Sein sich dadurch gegen negativere Werte verschiebendes Kollektorpotential wird über RIl und R6 auf die Basis von T2 gekoppelt, so daß sich einerseits der Kippvorgang des Schaltverstärkers aus dem hochohmigen in den niederohmigen Zustand beschleunigt und andererseits dieser niederohmige Zustand auch bei Verschwinden des Steuersignales des FET Tl aufrecht erhalten, das Alarmsignal also gespeichert wird.

Der im niederohmigen Zustand des Schaltverstärkers von dem positiven Linienleiter über den Optokoppler K, die Leuchtdiode D2, den Widerstand R8 und den Arbeitstransistor T3 zu dem negativen Linienleiter fließende Strom von beispielsweise einigen Milliampere bewirkt zum einen die Alarmregistrierung in der Zentrale, läßt zum anderen den Ausgang des Optokopplers K für eine etwaige abgesetzte Individualanzeige niederohmig werden und läßt zum dritten die Leuchtdiode D2 an dem Melder selbst aufleuchten.

c) Löschen

Wird die Betriebsspannung unterbrochen, so laufen zwei Entladungsvorgänge ab:

Der Kondensator Cl entlädt sich über R7 und RIO. Die Eingangskapazität C_E des FET Tl entlädt sich über die Referenzkammer RK.

Die Zeitkonstante, die nötig ist, um Cl soweit zu entladen, daß beim Wiedereinschalten der Versorgungsspannung T3 nicht durch die Restladung von Cl aufgesteuert wird, ist durch eine entsprechende Bemessung von Cl relativ kurz gehalten und beträgt beispielsweise etwa 20 ms.

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Die Eingangskapazität C„ des FET Tl entlädt sich über die Referenzkammer RK. Nach etwa 2 Sekunden ist die Entladung soweit fortgeschritten, daß beim Wiedereinschalten der Versorgungsspannung der Ladestrom der Eingangskapazität C-r. des FET erneut Alarm auslösen würde.

Dieser Unterschied der beiden Zeitkonstanten wird für die Löschung der Alarmspeicherung ausgenutzt. Hierzu wird die Versorgungsspannung des Melders (bzw. der gesamten Meldelinie) für eine Zeit unterbrochen, deren Dauer größer als diejenige der ersten und kleiner als diejenige der zweiten Zeitkonstante ist, also im gewählten Beispiel zwischen 20 ms und 2 s liegt. Sofern nämlich währenddessen in der Meßkammer keine oder praktisch keine Aerosole (mehr) vorhanden sind, fällt bei einer solchen Unterbrechung der Versorgungsspannung zwar der Schaltverstärker wieder in seinen hochohmigen Zustand zurück, jedoch verändern sich die elektrischen Potentiale am Eingang der Schaltung (Ionisationskammern und FET) in so geringem Maße, daß kein Alarmsignal vorgetäuscht wird.

Eine beim Wiedereinschalten innerhalb der angegebenen Zeitspanne etwa auftretende kurze Potentialänderung an der Drainelektrode des FET Tl kann - ebenso wie andere impulsförmige Störungen - den Schaltverstärker nicht in den niederohmigen Zustand kippen, da der Integrationskondensator Cl bei nur kurzzeitigem Leitendwerden von T2 nicht ausreichend aufgeladen wird, damit auch T3 leitend werden kann.

Wegen des beträchtlichen Unterschiedes zwischen den beiden genannten Zeitkonstanten ist die Wahl der zum Löschen des gespeicherten Alarmsignales erforderlichen Ausschaltzeit völlig unkritisch.

d) Funktionskontrolle

Der Einschaltvorgang des Melders bzw. einer gesamten MeI-

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delinie dient gleichzeitig als Funktionskontrolle. Zunächst müssen alle Melder in Alarmzustand gehen. Dieser Zustand wird durch kurzzeitige Unterbrechung der Versorgungsspannung gelöscht, die Melder gelangen also normalerweise in den Ruhezustand.

Ist ein Melder durch extreme Umwelteinflüsse stark verschmutzt, so läßt er sich auf diese Weise nicht löschen und kann entweder über die Leuchtdiode D2 und/oder über die abgesetzte Individualanzeige leicht ermittelt und
ausgewechselt werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE 2 ΊI : '> 8 O ΡΓΤΡΙΟ! LSWINSKY t.'i O J-i CHHN 21 cotti:a^ds7R. ει GEBA Gesellschaft für elektronische 25. März 1977 Brandmeldeanlagen mbH & Co. 9359-IV/Hg Patentansprüche:

1. Feuermeldeanlage mit mindestens einer von einer Zentrale

oder vierdrähtigen

abgehenden, zweidrähtigen/Meldelinie für parallel geschaltete, aus der Meldelinie gleichspannungsversorgte Ionisationsfeuermelder, deren jeder eine Meßionisationskammer, eine /Serie dazu liegende Referenzionisationskammer, einen mit deren gemeinsamer Mittelelektrode über seine Gateelektrode verbundenen Feldeffekttransistor und eine diesem nachgeschaltete, elektronische Schaltung mit zwei stabilen Zuständen umfaßt, wobei die elektronische Schaltung von der Meldelinie aus gesehen im ersten, der Alarmbereitschaft entsprechenden Zustand hochohmig und im zweiten, dem Alarmfall entsprechenden Zustand niederohmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (Tl) ein selbstleitender Typ ist, daß die Referenzkammer (RK) parallel zu dem Eingangswiderstand (R_n.) und der Eingangskapazität (C„) des FeId-

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effekttransistors (Tl) liegt und daß die elektronische Schaltung einen Integrationskondensator (Cl) zur Unterdrückung kurzzeitiger Ausgangssignale des Feldeffekttransistors (Tl) umfaßt und der Melder durch eine Unterbrechung der Spannungsversorgung der Meldelinie rückstellbar ist, deren Dauer grosser als die Entladezeitkonstante des Integrationskondensators (Cl) und kleiner als die durch die Eingangskapazität (C_£) und den Eingangswiderstand (Rg) des Feldeffekttransistors und den Widerstand der Referenzionisationskammer (RK) und der Meßionisationskammer (MK) bestimmte Zeitkonstante ist.

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2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronische Schaltung ein rückgekoppelter Schaltverstärker ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schaltverstärker einen durch den Feldeffekttransistor (Tl)
gesteuerten Eingangstransistor (T2) und einen von diesem gesteuerten Arbeitstransistor (T3) umfaßt, parallel zu dessen Basis/Emitter-Strecke der Integrationskondensator (Cl) liegt und dessen Emitter/Kollektor-Strecke in Serie mit einem
Lastwiderstand (R8, R9) zwischen den Leitern der Meldelinie liegt.

H. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sourceelektrode des Feldeffekttransistors (Tl)
mit einem Spannungsteiler (Rl, R2, R3) verbunden ist, der
wenigstens ein Halbleiterelement (Dl) mit temperaturabhängigem Widerstand enthält und die Temperaturabhängigkeit des
Feldeffekttransistors (Tl) kompensiert.

5. Anlage nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement eine in Sperrichtung betriebene Germaniumdiode (Dl) ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand aus der Serienschaltung mindestens zweier Widerstände (R8, R9) besteht, zu deren einem
eine Leuchtdiode (D2) parallel geschaltet ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand aus der Serienschaltung von drei Widerständen (R8, R9, R21) besteht, zu deren einem (R21) der Eingang eines Optokopplers (K) parallel geschaltet ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Optokopplers (K) einen Verstärkertransistor (TH)
steuert.

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