DE1566688B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins von Fremdstoffen in einem Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen des Vorhandenseins von Fremdstoffen in einem Gas durch Heranziehen der Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Gases und durch periodische Überprüfung der Leitfähigkeit dieses Gases. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung; des Verfahrens.

Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Feststellen von Fremdstoffen in einem Gas durch Heranziehen der Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Gases ist grundsätzlich durch die deutsche Auslegeschrift 1171 310 bekannt, die einen Feuermelder mit einem Aerosol-Indikator zur Feststellung von in der Luft schwebenden Verbrennungsprodukten zum Gegenstand hat und unter anderem einen Ionisationsfeuermelder zeigt, bei welchem das

ίο zu überprüfende Gas zwischen zwei Elektroden des Indikators tritt, die über ein Anzeigeinstrument mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. Auf einer Elektrode ist ein radioaktives Element angeordnet, welches den Raum zwischen den beiden Elektroden mindestens teilweise ionisiert. Wenn in diesen Raum Aerosole eintreten, lagern sich die Ionen an die Aerosole an. Dadurch wird die gesamte Rekombination in dem Raum herabgesetzt, und eine gewisse Abnahme des Ionisationsstromes tritt auf. Die Stromverringerung wird mit dem Anzeigeinstrument erfaßt oder durch ein Relaisorgan zur Auslösung eines Alarms ausgewertet.

Die periodische Überprüfung der Leitfähigkeit eines Gases ist durch die deutsche Patenschrift 923 073 bekannt. Diese Patentschrift betrifft ein Verfahren zur Messung der elektrischen Aufladung der atmosphärischen Luft, bei welchem die Luft mittels eines Ventilators durch eine einen elektrischen Kondensator bildende Sondeneinrichtung gesaugt wird und die durch die Luftladung bedingte Ladungsänderung der Sondeneinrichtung unter Zwischenschaltung von Verstärker-, Speicher- und sonstigen Hilfseinrichtungen an einem Meßinstrument abgelesen wird und die Reihenfolge und der jeweils geeignete Zeitpunkt der einzelnen erforderlichen Schaltvorgänge an den zwischengeschalteten Einrichtungen selbsttätig geregelt wird.

Der Erfindung, die von dem oben geschilderten

r Stand der Technik ausgeht, liegt die Aufgabe zugründe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das zuverlässig mit relativ einfachen Mitteln durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß ein durch das zu prüfende Gas fließender Strom als eine Energieladung gesammelt und der gesammelte Energiebetrag während aufeinanderfolgender Intervalle vorherbestimmter Dauer geprüft und zu Ende jedes Intervalls entladen wird, sowie zum Auslösen eines Signals ein gesammelter Energiebetrag mit einem Wert unter einem vorherbestimmten Schwellenwert herangezogen wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die eine Ionisierungskarnmer mit zwei Elektroden aufweist, von denen eine ein α-Teilchen aussendendes radioaktives Element trägt, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator in Reihe mit der Ionisierungskammer zwischen die Anschlußklemmen der Vorrichtung geschaltet ist und daß eine Alarmanzeige, z. B. eine Lampe, vorgesehen ist, zu deren Betätigung ein ein Halbleiterelement steuernder Zeitgeberkreis dient.

Das Halbleiterelement ist zweckmäßig eine Doppelbasisdiode,· deren eine Basis über einen Vorspannungswiderstand mit der positiven Anschlußklemme und deren andere Basis mit der negativen Anschlußklemme über eine Relaisspule verbunden ist, die einen Schalter betätigt, der normalerweise offen ist und bei Schließen die Alarmanzeige bzw. die Lampe

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und die Spule in Reihe zwischen die Anschluß- 24 steuert, das hier als eine Doppelbasisdiode ist

klemmen legt. und mit einem Vorspannungswiderstand 25 versehen

In weiterer Ausbildung der Vorrichtung weist der ist, der zwischen einer Basis und der positiven Zeitgeberkreis einen einstellbaren Widerstand auf Anschlußklemme 11 und einem Relais liegt, dessen und einen in Reihe zwischen den Anschußklemmen 5 Spule 26 zwischen die andere Basis des Halbleitergeschalteten Kondensator. elementes 24 und die negative Anschlußklemme 12

Damit der Zeitgeberkreis unter normalen Luft- geschaltet ist. Das Relais weist einen Schalter 27 auf, bedingungen nicht arbeitet, ist ein Steuerkreis mit der normalerweise offen ist. Wenn der Schalter 27 einem Transistor und Vorspannungswiderständen geschlossen ist, wird hierdurch die Lampe 22 und zwischen die Anschlußklemmen parallel zum Zeit- io die Spule 26 in Reihe zwischen die Anschlußgeberkreis geschaltet und der Emitter des Transistors klemmen 11 und 12 geschaltet, wobei die Lampe 22 mit dem einstellbaren Widerstand und dem Konden- aufleuchtet. Der Zeitgeberkreis 28 weist einen versator des Zeitgeberkreises über eine Diode ver- änderlichen Widerstand 29 auf, der mit einem Konbunden, densator 31 in Reihe zwischen die Anschlußklemmen

Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durch- 15 11 und 12 geschaltet ist. Der Kondensator 31 ist mit

führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Emitter der Doppelbasisdiode 24 verbunden.

Form einer Schaltung in der Zeichnung dargestellt, Bei dieser Anordnung beginnt der Kondensator 31

die im folgenden näher beschrieben wird. sich aufzuladen, sobald der Schalter 13 geschlossen

Die Schaltung arbeitet mit einer Gleichspannungs- ist, und nach Ansammeln einer ausreichenden quelle, die durch Plus- und Minus-Zeichen an der 20 Ladung zu Ende der Zeitspanne erregt der Zeitgeberpositiven bzw. negativen Anschlußklemme 11 bzw. kreis 28 die Spule 26, wodurch der Schalter 27 12 angegeben ist, wobei die positive Anschluß- schließt und die Lampe 22 aufleuchtet. Man sieht, klemme 11 geerdet ist. Diese Energiequelle liefert die daß das Schließen des Schalters 27 die Erregung der Energie für alle Schaltungsbestandteile. Die Betriebs- Spule 26 aufrechterhält und somit bleeibt der Schalter spannung liegt in der Größenordnung von 10 bis 25 geschlossen und die Lampe brennt so lange, bis der 20 V. Ein hier in offener Lage gezeigter Schalter 13 Schalter 13 geöffnet wird. Der Zeitgeberkreis 28 verbindet im geschlossenen Zustand die Energie- wird jedoch so gesteuert, daß er die Lampe 22 nur quelle mit den Einzelelementen der Schaltung. in dem Fall zum Aufleuchten bringt, wenn die

Um das Vorhandensein von Fremdstoffen in einem Isolationskammer 14 auf Grund des Vorliegens von Gas festzustellen, findet eine Ionisierungskammer 14 30 Fremdstoffen, z. B. von Verbrennungsprodukten Anwendung, die zwei Elektroden 16 und 17 aufweist, od. dgl. anspricht. Um ein Arbeiten des Zeitgeberdie im Abstand zueinander angeordnet sind und so kreises 28 unter normalen Luftbedingungen zu vereine Kammer zwischen sich bilden, die gegenüber hindern, ist ein Steuerkreis einschließlich eines Trander umgebenden Luft oder Gas offen ist. Die sistors 33 mit Vorspannungswiderständen 34 und 35 Elektrode 17 trägt ein radioaktives Element 18, z. B. 35 zwischen die Anschlußklemmen 11 und 12 parallel zu eine geringe Menge Radiumsulfat, das einen praktisch , den Zeitgeberkreis 28 geschaltet und stellt eine konstanten Strom α-Teilchen unter Ionisieren des Schaltanordnung für das Entladen des Kondensators Gases oder der Raumluft aussendet, die sich in dem 31 immer dann dar, wenn der Kondensator 15 auf Bereich zwischen den Elektroden befinden. Sobald seinen vollen Nennwert bei normalen Luftbedinguneine Spannung an den Elektroden 16 und 17 liegt, 40 gen aufgeladen ist. Der Emitter des Transistors 33 fließt ein Strom zwischen ihnen. Das Vorhandensein ist mit dem Widerstand 29 und der Kondensator 31 größerer Mengen von Fremdstoffen in dem Bereich über die Diode 37 angeschaltet. Die Spannung an zwischen den Elektroden führt zu einer Veränderung dem Kondensator 15 gelangt auf dem Emitter des der Leitfähigkeit das Gases zwischen den Elek- Transistors 33 durch einen Schalter 40, der von troden. Die lonisierungskammer kann somit als 45 einem zwischen den Anschlußklemmen 11, 12 ange-Widerstand gekennzeichnet werden, der sich bei ordneten Zeitgeberkreis mit einem einstellbaren Vorliegen unterschiedlicher Mengen Fremdstoffe Widerstand 44 und einem Kondensator 45 gesteuert verändert. Ein Kondensator 15 ist in Reihe mit der wird. Der Schalter 40 wird in der weiter unten be-Ionisierungskammer 14 geschaltet, und diese Reihen- schriebenen Weise gesteuert.

schaltung liegt zwischen den Anschlußklemmen 11 5° Der Zeitgeberkreis weist eine kleinere Zeitkonstante und 12, von denen die Anschlußklemme 12 mit dem als der Zeitgeberkreis 28 auf und stellt eine Prüf-Kondensator 15 verbunden ist. Zum Zwecke der vorrichtung dar, wodurch die Ladung an dem Kon-Erläuterung sei angenommen, daß der Schalter 13 densator 15 periodisch auf den Emitter des Trander Vorrichtung geschlossen ist. Es wird dann der sistors 33 übertragen wird, so daß der Kondensator Kondensator 15 über die lonisierungskammer 14 55 31 immer dann entladen wird, wenn die Luftbedinaufgeladen und speichert somit elektrische Energie gungen normal sind. Der Zeitgeberkreis arbeitet bei mit einer Geschwindigkeit, die durch den wirksamen einer vorherbestimmten Aufladung des Kondensators Widerstand der lonisierungskammer 14 bestimmt 45 dergestalt, daß ein Transistor 41 mit einem Vorwird. Diese Ladung oder der Betrag an elektrischer Spannungswiderstand 42 ausgelöst und mit der AnEnergie, der an dem Kondensator 15 auftritt, wird 60 schlußklemme 12 über die den Schalter 40 betätiperiodisch überprüft, und zum Auslösen eines Signals gende Spule 43 verbunden wird. Der Kondensator 45 wird ein gesammelter Energiebetrag mit einem Wert wird sodann über den Transistor 41 und die Spule unter einem vorherbestimmten Schwellenwert heran- 43 entladen, die den Schalter 40 betätigt. Der Schalgezogen, wie im folgenden noch erläutert wird. ter 40 wird momentan geschlossen, jedoch wieder in Eine beispielsweise durch eine elektrische Lampe 65 seine offene Lage zurückgeführt, sobald die Ladung 22 wiedergegebene Vorrichtung wirkt als Anzeiger abgegeben ist. Das Schließen des Schalters 40 ist je- oder Alarmgeber. Die Lampe 22 wird durch einen doch ausreichend, um die Spannung des Konden-Zeitgeberkreis 28 betätigt, der ein Halbleiterelement sators 15 auf den Emitter des Transistors 33 zu

geben. Wenn eine volle oder normale Ladung vorliegt, wird der Kondensator 31 über die Diode 37, den Transistor 33 und den Widerstand 35 entladen. Sollte die Ladung des Kondensators 15 nicht 3μ5-reichend sein, um den Transistor 33 auszulösen, wird der Kondensator 31 weiterhin durch den Widerstand 29 aufgeladen, und nach Erreichen der vorherbestimmten Auslösespannung wird der Transistor 24 in Funktion gesetzt und der Schalter 27 geschlossen, wobei die Lampe 22 aufleuchtet. Soweit normale Luftbedingungen, d. h. keine Fremdstoffe in der Luft vorliegen, arbeitet die beschriebene Schaltung unter periodischem Entladen des Kondensators 31 und Verhindern eines Aufleuchtens der Lampe 22 und unter Entladen des Kondensators 15, wobei jeder Kondensator durch den Transistor 33 und den Widerstand 35 entladen wird. Es ergibt sich somit, daß der Kondensator 15 durch Aufladen während aufeinanderfolgender Zeitintervalle unter Steuerung des Zeitgebers für die kurzen Intervalle einschließlich _%2o des Widerstandes 44 und des Kondensators 45 vorbereitet wird. Sollten anormale Bedingungen auftreten, hat das Vorliegen von Fremdstoffen durch die die Ladung an dem Kondensator 15 verringert wird, keine Wirkung auf die Leitfähigkeit des Transistors 33, und der Kondensator 31 lädt sich weiter auf, bis seine erhöhte Spannung den Transistor 24 unter Erregen der Spule 26 und Betätigen des Schalters 27 auslöst. Unter diesen Bedingungen ist es unwichtig, ob irgendeine Ladung in dem Kondensator 15 verbleibt, weil das System in der gezeigten Lage verriegelt wird und es erforderlich ist, die Schaltung durch Öffnen des Schalters 13 wieder in den Ausgangszustand zu bringen, wenn wieder normale Luftbedingungen herrschen.

Die. Arbeitsweise der oben beschriebenen Schaltung wird nun speziell unter Bezugnahme auf ihre Anwendbarkeit zum Feststellen des Vorliegens von Verbrennungsprodukten, die durch ein Feuer bedingt sind, erläutert. Die Schaltung hat zwei verschiedene Arbeitsphasen in Abhängigkeit von den Luftbedingungen, die im folgenden als normale und anormale Bedingungen bezeichnet werden. Die normale Bedingung besteht darin, daß keine merklichen Mengen an Verbrennungsprodukten in der Luft vorliegen und die Bedingung besteht darin, daß bei Vorliegen eines Feuers merkliche Mengen an Verbrennungsprodukten in der Luft vorhanden sind. _

Wenn der Schalter 13 geschlossen ist, werden alle Zeitgeber- und Steuerkreise parallel erregt. Während des Vorliegens normaler Bedingungen fließt auf Grund der an den Elektroden 16, 17 anliegenden Spannung ein vorherbestimmter Strom zwischen den Elektroden durch das Gas, das durch die von der Quelle 18 herrührenden Strahlung ionisiert ist. Dieser Strom lädt nun den Kondensator 15 mit vorherbestimmter normaler Geschwindigkeit auf. Wenn jedoch ein Feuer zur Ausbildung von Verbrennungsprodukten in der Luft im Bereich zwischen den Elektroden 17 und 18 führt, ist die Bewegung der α-Teilchen zwischen den Elektroden 16 und 17 gehemmt, und der durch die Ionisationskammer fließende Strom wird verringert, so daß auch die in dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung während des Andauerns derartig anormaler Bedingungen entsprechend wesentlich verringert wird. Beim Überprüfen der Ladung am Kondensator 15 wird somit eines von zwei verschiedenen Signalen am Auslaß 19 in Abhängigkeit vom Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Feuers auftreten. Das während normaler Bedingungen abgegebene Signal weist eine größere Spannung als das Signal auf, das abgegeben wird, wenn Verbrennungsprodukte vorliegen. Das an dem Kondensator 15 vorliegende Auslaßsignal stellt eine gesammelte Energie dar, die sich durch den Stromdurchtritt durch die Ionisationskammer 14 innerhalb eines vorherbestimmten Zeitintervalls ergibt, das durch das Aufladen des Kondensators 45 bestimmt ist. Diese in dem Kondensator 15 gespeicherte Energie kann als ein Integral des Stroms durch die Ionisationskammer 14 ausgedrückt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile seien im folgenden aufgezählt: Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Festkörper-Schaltkreis, erfordert nur geringe Spannung, arbeitet schnell, ist unabhängig und erfordert nur eine sehr geringfügige Menge an radioaktivem Material. Die Vorrichtung arbeitet mit einer Niederspannungsquelle in der Größenordnung von 10 bis 20 V Gleichstrom und kann leicht als eine unabhängige Einheit aufgebaut werden, wobei alle Bestandteile im Inneren eines kleinen Gehäuses angeordnet sind und kein getrenntes Steuerpult für den Betrieb erforderlich ist. Die Vorrichtung ist temperaturbeständig, sehr empfindlich bezüglich des Ansprechens und wird nicht wesentlich durch normale Dichteschwankungen in der Luft beeinflußt.

. Im folgenden seien noch lediglich in Form eines Beispiels Werte für Schaltkreiskonstanten angegeben, die sich für die hier erläuterten Schaltungen als geeignet erwiesen haben, wenn eine Anwendung als Feueralarmeinrichtung in Betracht kommt. Die Halbleiterelemente 24, 33 und 41 sind Doppelbasisdioden. Als Schalter 27 und 40 werden Reed-Relais angewandt, und die Ionisationskammer weist zwei plattenartige Elektroden mit einem Ionisierungselement aus Radiumsulfat auf, das eine Stärke von 4 Mikro-Curie hat. Der Schaltkreis wird mit einer 12 V Gleichstromquelle betrieben, die an den Anschlußklemmen angeschlossen ist.

Widerstände	Ohm
25	1330
29	300K
34	1270K
35	180K
42	1270K
44	200K
Kondensatoren
15	100 pF
31	47 μΡ
45	47 uF

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Feststellen des Vorhandenseins von Fremdstoffen in einem Gas durch Heranziehen der Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Gases und durch periodische Überprüfung der Leitfähigkeit dieses Gases, d a durchgekennzeichnet, daß ein durch das zu prüfende Gas fließender Strom als eine Energieladung gesammelt und der gesammelte Energiebetrag während aufeinanderfolgender Intervalle vorherbestimmter Dauer geprüft und zu Ende jedes Intervalls entladen wird, sowie zum Auslösen eines Signals ein gesammelter Energiebetrag mit einem Wert unter einem vorherbestimmten Schwellenwert herangezogen wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine Ionisierungskammer mit zwei Elektroden aufweist, von denen eine ein α-Teilchen aussendendes radioaktives Element trägt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (15) in Reihe mit der Ionisierungskammer (14) zwischen die Anschlußklemmen (11, 12) der Vorrichtung geschaltet ist und daß eine Alarmanzeige, z. B. eine Lampe (22), vorgesehen ist, zu deren Betätigung ein ein Halbleiterelement (24) steuernder Zeitgeberkreis (28) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (24) eine Doppelbasisdiode ist, deren eine Basis über einen Vorspannungswiderstand (25) mit der positiven Anschlußklemme (11) und deren andere Basis mit der negativen Anschlußklemme (12) über eine Relaisspule (26) verbunden ist, die einen Schalter (27) betätigt, der normalerweise offen ist und bei Schließen die Alarmanzeige bzw. die Lampe (22) und die Spule (26) in Reihe zwischen die Anschlußklemmen (11, 12) legt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeberkreis (28) einen einstellbaren Widerstand (29) und einen in Reihe zwischen den Anschlußklemmen (11, 12) geschalteten Kondensator (31) aufweist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerkreis mit einem Transistor (33) und Vorspannungswiderständen (34, 35) zwischen die Anschlußklemmen (11, 12) parallel zum Zeitgeberkreis (28) ge schaltet ist und der Emitter des Transistors (33) mit dem Widerstand (29) und dem Kondensator (31) über eine Diode (37) verbunden ist.