DE2029752B2 - Ionisations rauchmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen lonisations-Rauehjnelder mit einer olTenen und einer geschlossenen Ionisationskammer, die je ein Elektrodenpaar und eine radioaktive Quelle enthalten und in Reihe an eine Spannlingsquelle geschaltet sind, und mit einem Feldeffekttransistor, dessen Kanal-Strom-Strecke in Reihe mit einem Widerstand, an dem eine vom lonisationszustand der Kammer abhängige Alarmauslösespannung abfallt, ebenfalls an der Spannungs-(|iielle liegt und dessen Steuerelektrode an dem Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern angeschlossen ist.

Es ist ein Ionisationsrauchmelder mit zwei in Reihe geschalteten Ionisationskammern bekannt, an tieren Verbindungspunkt die gegen den Kanal isolierte Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors angeschlossen ist. In Reihe mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors liegt ein Widerstand, an welchem i^:ne Spannung abfällt, die vom lonisationszustand in den Kammern abhängig ist. Diese Span-Bung wird einem gesteuerten Siliciumgleichrichter zugeführt, den sie bei Überschreiten eines einstellbaren Ansprechwertes — entsprechend einem bestimmten Rauchzustand innerhalb der offenen Ionisationskammer — zum Zünden bringt und der damit ein Rclaib zur Alarmauslösung ansprechen läßt. Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode sind jedoch relativ teure Bauelemente, so daß die Verwendung von Sperrschicht-Feldeffekttransistoren an ihrer Stelle .wünschenswert ist.

Andererseits neigt bei S^errschicht-Feldeffekttranlistoren der Steuerelektroden-Leckstrom I_S!i dazu, !teil abzufallen, wenn der / bfluüstrom unter einen vorgegebenen Wert I₁,, absinkt, und steil ansteigt, wenn die Spannung zwischen Quelle und Abfluß über einen bestimmten, festen Wert V_sh ansteigt. Bei den bekannten lonisations-Uauchmeldern. die einen solchen Feldeffekttransistor enthalten, ergibt sich daraus die Gefahr, daß Fehlanzeigen auftreten, wenn der Abflußstrom oder die Spannung zwischen Quelle und Abfluß während des Betriebes die erwähnten Werte /,/, bzw. V\_h übersteigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgfbe zugrunde, einen Ionisationsrauchmelder anzugeben, bei dem der Steuerelektroden-Leckstrom des Feldeffekttransistors während des Betriebes so klein wie möglich gehalten wird und Störansprachen dementsprechend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Ionisations-Rauchmelder der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß erfindungsgeniäß in Reihe mit der Kanal-Strom-Strecke des Feldeffekttransistors außerdem eine Begrenzerschaltung zur Begrenzung des die Kanal-Strom-Streckc durchfließenden Stromes und oder der an der Kanal-Strom-Strecke liegenden Spannung eingefügt ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand \on Allsführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles eines lonisalions-Rauchmclders gemäß der Erfindung,

Fi g. 2 ein Diagramm, auf das zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ionisations-Rauchmelders gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird, 6;i

Fig. 3 ein Schaltbild eines zweiten Ausführtingsbeispiels eines Ionisations-Rauchmelders gemäß der Erfindung und

Fig. 4 ein Diagramm, auf das zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ionisations-Rauchmelders gemäß F i g. 3 Bezug genommen wird.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte lonisations-Rauchmelder enthält eine geschlossene Ionisationskammer 2, in der sich eine radioaktive Strahlungsquelle 21 befindet, und eine offene Ionisationskammer 4, die eine radioaktive Strahlungsquelle 41 enthält und für Rauch aus einem zu überwachenden Raum zugänglich ist. Die Ionisationskammern 2 und 4 weisen jeweils zwei Elektroden 23, 25 bzw. 43, 45 auf und sind in Reihe zwischen zwei Klemmen 6, 3 einer nicht dargestellten Spannungsquelle geschaltet. Die Verbindung 10 der Ionisationskammern ist mit der Steuerelektrode 14 eines Sperrschicht-FeldeffeKttransistors 12 verbunden. Der Feldeffekttransistor 12 ist mit seiner Abflußelektrode 16 direkt an die positive Klemme 6 angeschlossen, während die Quellenelektrode 18 über Widerstände 20 und 22 sowie eine Zenerdiode 24 mit der negativen Klemme 8 der Spannungsquelle verbunden ist. Der Verbindungspunkt 26, der im Quellenkreis des Feldeffekttransistors 12 liegenden Widerstände 20 und 22 ist über eine Zenerdiode 28 mit der Steuerelektrode 32 eines Tyristors 30 verbunden. Die Steuerelektrode 32 des T\ristors30 >st außerdem über einen Widerstand 34 an die negative Klemme 8 der Spannungsquelle angeschlossen. Die Anode 36 des Tyristors 30 ist mit der positiven Klemme 6 und die Kathode 38 ist mit der negativen Klemme 8 der Spannungsquelle verbunden.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise des vorliegenden ionisations-Rauchmelders soll zuerst die in den Quellenkreis des Feldeffekttransistors 12 geschaltete Zenerdiode 24 außer acht gelassen werden. Die Schaltung entspricht dann im wesentlichen dem Stand der Technik.

Wenn bei einem solchen bekannten Ionisations-Rauchmelder gewährleistet sein soll, daß der Tyristor 30 durch das Ausgangssignal des Feldeffekttransistors 12 mit Sicherheit gezündet werden kann, müssen die Werte der Widerstände 20 und 22 so klein wie möglich gemacht werden.

Wenn nun aber die Widerstände 20 und 22 klein sind, hat der Abflußstrom /,, des Feldeffekttransistors 12 im Betrieb während der Überwachung der Umgebung auf Rauch und damit auch der Steuerelektroclenleckstrom /_es einen verhältnismäßig hohen Wert. Wenn der Abflußstrom I₁, des Feldeffekttransistors 12 einen bestimmten Wert/,,, (F i g. 2) erreicht, nimmt der Stcuerelcktrodenleckstrom /_ss abrupt zu. Diese starke Änderung des Stcucrelektrodcnleckstroms /_c, beeinflußt aber das Potential an der Verbindung 10 der beiden Ionisationskammern 2 und 4, so daß der Feldeffekttransistor 12 nicht ordnungsgemäß auf Impedanzänderungen der offenen Ionisationskammer 4 ansprechen kann. Hierdurch kann es in unerwünschter Weise geschehen, daß ein Alarm ausgelöst wird, obwohl die offene Ionisationskammer4 keinen Rauch enthält, und daß kein Alarm ausgelöst wird, obwohl die offene Ionisationskammer 4 Rauch enthält. Diese Effekte treten insbesondere bei Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, nicht jedoch MOS-Feldeffekttransistoren auf.

Bei dem vorliegenden Ionisationsrauchmelder soll der Abflußstrom des Feldeffekttransistors 12 durch die in seinem Quelletikreis eingeschaltete Zenerdiode 24 während des Überwachungsbetriebes auf einen Wert unter /,,, begrenzt werden, um die

störenden l-.inlUisse des SleueivlekinidenL-eUihn auszuscliitlit-'ii. Wenn die ofleiie 111 η i --; 11 i 1111 -. k; t m ι "ι ι ■_■! -

_bej der i herwacluing eines Raumes I-jin..-η Kauj: _enthiill. lliel.U in ihr und in der InnisiUinnsLiniiiK-r 1 _ejn koivi.'.iiicr lonisationsstmm. m, dal· sin, an .!er j Verbiii'l"¹¹- '" ^c'^er beiden loni-iaii.iiisi.minu , u nik stabile Spannung einstellt.

De r Abllußstrom des FeldellekiinuiMsi.v 17 lL-vorlie^iiden lonisalions-Rauchineldcrs i-i ui-.n.-i die_sen Vn< fanden höchstens gleich dein LeeL--.ir.-,ni ..L-1 Zcncuh.xJc 24, und sein Wen liegt eiv.a, iimer / . PerSieiierelektrodenleckstrom/,, des FeUL:i!el.iira;isjstor- ;-- ^l dementsprechend bemerkeiv,w.;ri ki,i:i. und e' beeinflußt die Impedanzen der beiden I-.mu^i-,ionsUmmern 2 und 4 bzw. dl·· Poteiuhmonc-iliin_all di.·-· :i Ionisationskammern nicht. Der !deine Ahflul.Vihi kann keine Zündung des Tyrisims 3» hj- _Ά,·λ, ■■ μ) daß die Gefahr einer FehlaiiMiraehe η ι·.',·,;

Won jedoch Rauch in die offene lonisat'umskam-¹· "elanet, nimmt der Ionisationsstrom in ui.-.er 'ninskammer ab, ihre Impedanz nimmt zu. und -.Minune vom VerhindunEspunkt 10, d. h. also n-innung an der Steuerelektrode des Feldeffektträn ' iorsl2, steigt an. Hierdurch wird die Impedanz -der ( Miellen-Abfiuß-Strecke des Feldeffekttransistors V ΐκ''-abnesetzt, die an der Zenerdiode 24 Heuende sn-iP"-jn» sieigt über die Zencrspannunc 3ηΓ und dunh die Zenerdiode 24 nießt ein entsprechender AWli'ßsirom. Der Abflußstrom nimmt dabei einen verhalinismäßia aroßen Wert an. so daß die an der Verhmdung 26 der Widerstände 20 und 22 auftrcteude Spannung die Zenerspannung der Zenerdiode 28 übersteigt. An die Steuerelektrode 32 des Tyristors ti) ,elanet dann eine positive Spannung die den T ri-sior 30 zündet, so daß die Klemmen 6 und 8 der ^nesqucllc über eine kleine Impedanz kurzschloss-cn werden und ein entsprechendes Signal 7Ur Spannunusquclle übertragen wird.

Be! dem in Fig. 1 dargestellten lonisa.ions-Raudv nielder werden der Abflußstrorp des FeldelTckttransi-I 2 und damit auch der Steuerelcktrodenleck-

die
die
trän

du.-,ei eine sehr hohe Sieuerelekiroden-Durchbruehsspannung hai und sehr unempfindlich ist.

liei dem nun zu beschreibenden Ausführungsheispiel gemäß F i g. 3 sind gleiche Bauteile wie in Fig. \ mil dergleichen Bezugs/.eichen versehen worden.

I ;;_e Abllußelektrode if, des Feldeffekttransistors 1-isi iiher die Kollekior-F.mitter-Strecke eines r-lacnentransistors 40 mit der positiven Klemme 6 der nicht daraestellten Spannuimsquelle verbunden. Die Basiselektrode 46 des Transistors 40 ist über einen Widerstand 48 mit der positiven Klemme 6 und über eine Zenerdiode 50 mit der Quellenelektrode 18 des FeIdeiiekttransistors 12 verbunden. Die Quellenelektrode 18 des Feldeffekttransistors 12 ist außerdem über einen Widerstand 52 mit der negativen Klemme 8 der Spannunesquelle und über die Zenerdiode 28 mit der Steuerelektrode 32 des Tyristors 30 verbunden.

Bei einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor ändert sich der SteuerelektrodefMeckstrom /_B, in Abhangigkeit \on der Spannung ν_ei zwischen Quelle und AD-nuß im allgemeinen so, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. d. h.. daß der längs der Ordinate aufgetragen«. Steuerelektrodenleckstrom /,_s steil ansteigt, wenn die Spannung V_lH zwischen Quelle und Abfluß einen Dtstimmten Wert übersteigt, der im folgenden »Knick-Spannung F,,,« bezeichnet werden soll.

Wenn man bei der Schaltungsanordnung gemau Fig. 3 den Transistor 40 i.ußer acht laßt und die AD-flußelektrode 16 des Feldeffekttransistors 1- aireki mit der positiven Klemme 6 der Spannungs;q"jH^erbindet und wenn die Spannung V_d, aus rgende nem Grunde über die Knick-Spannung V_h ansteigt, nimm der Steuerelektrodenleckstrom / . ^derart ^^^. das Potential an der Verbindung 10 der beiden lom sationskammern 2 und 4 beeinflussen kann. De Fe d effekttransistor 12 kann ^d?ⁿⁿ «^^^i wandfre. auf Fmpedanzanderungci. der afftneη lon sationskammer 4 ansprechen ,md der Detektor arDe tet nicht ™hr "rdnungsgemaC D es s vor al cm d Fall, wenn der Feldeffekttransistor Ii Sperrschicht-Feldeffekttransistor be ti t.

hcral^csclrt. Eine Fchlansprachc kann daher nicht auftreten. Da außerdem der vom Rauchmelder im Ruhezustand aufgenommene Strom sehr klein ist. kam, man mehrere solche Rauchmeider an eine em-._ige Spannungsquclic anschließen.

Außerdem kann man dadurch, daß ma;, den Abnuß.tr(_im während des Ruhezustandes auf einer, klu-„en Wer. begrenzt, für den Feldeffekttransistor einen billigen Spcrrschich.-FeldelTektt.ansistor vcrwenden. Die Verwendung eines Sperrsc.ncht-Fe d-40 und ehe
bcg«_=Sscha t«ng

cffekttrans.stors
mer ur :rhalb der

diode SO hat
Knick-Spannung;
Spannung V₁.
spannung^der Z
55 peclan/ dc^

g ^^^ _jm. waiii^rencl _{y hallcn}.

^*_h ^g _{altcte Zcncl}-. ^e kleiner als die Quellen-Abnuß-

_wird die Im- _{;s Transistors des}

ist.

und Wartungszwecken abgenommen werden,muß. η diesem falle hat dann die Steuerelektrode de Feldeffekttransiitors kein definiertes Potential und es bc-

ich

fonSationskammer 2 fließt ein gesättigter on sa ° _{d ß sich an der V}er-

^{i Sta}'

Steuerelektrodenleckstrom ansteigt, da die Quellen-Abfliiß-Spannung durch die den Transistor 40 und die Zenerdiode SO enthaltende Spannungsbegrenzungsschaltung unter der Knick-Spannung V_sh gehalten wird. Wenn dagegen Rauch in die fonisationskammer 4 gelangt, steigen deren Impedanz sowie die Spannung an der Verbindung 10 an und damit auch die Spannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 12. Es beginnt dann ein Abflußstrom zu fließen. Wenn die Spannung an der Quellenelektrode ίο 18 die Zenerspannung der Zenerdiode 28 infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 52 übersteigt, wird der Steuerelektrode 32 des Tyristors 30 ein Zündsignal zugeführt. Der Tyristor 30 zündet dann und schließt die Klemmen 6 und 8 der Spannungsquelle kurz, so daß ein entsprechendes Signal zur Spannungs <|uelle übertragen wird.

Da die Quellen-Abfluß-Spanniing V_lh des Feldeffekttransistors 12 dann niedrig ist. beeinflußt sie die Arbeitsweise des Transistors 40 und der Zenerdiode 50 in keiner Weise.

Bei dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden unerwünschte Einflüsse des Steuerelektrodenleckstromes während des Überwachungsbetriebes dadurch ausgeschaltet, daß in den Abflußstromkreis des Feldeffekttransistors 12 eine Schaltung zur Begrenzung der Quellen-Abfluß-Spannunc des Feldeffekttransistors 12 eingeschaltet wird, so daß dieser stabil und einwandfrei arbeitet. Man kann also auch bei diesem Ausführungsbeispiel wie heim ersten Ausführungsbcispiel mit einem billigen Sperrschicht-Feldeffekttransistor arbeiten.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. lonisations-Rauchmelder mit einer offenen und einer «eschlossenen Ionisationskammer, die je ein Elektrodenpaar und eine radioaktive Quelle enthalten und in Reihe an eine Spannungsquelle geschaltet sind, und mit einem Feldeffekttransistor, dessen Kanal-Strom-Strecke in Reihe mit einem Widerstand, an dem eine vom lonisationszustand der Kammer abhängige Alarmauslösespannuiig abfällt, ebenfalls an der Spannungsquelle liegt und dessen Steuerelektrode an den Verbindungspunkt der beiden Ionisationskammern angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Kanal-Strom-Strecke des Feldeffekttransistors (12) außerdem eine Begrenzerschaltung (24, 40) zur Begrenzung des die Kanal-Strom-Strecke durchfließenden Stromes und odci der an der Kanal-Strom-Strecke liegenden Spannung eingefügt ist.
2. 2. lonisations-Rauchmelder nach Anspruch I dadurch gekennzeichnet, daß die Begrcnzersehal· tun« eine Zener-Diode (24) umfaßt.
3. 3. lonisations-Rauchmelder nach Anspruch I dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzersclial· Hing einen bipolaren Transistor (40) umfaßt, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit de Kanal-Strom-Strecke des Feldeffekttransistors (12. liegt und dessen Basis (46) über ein Spannungs begren/ungselenient (Zener-Diode 50) an clic '!cm Transistor (40) abgewandte Hauptdcklrod« (18) des Feldeffekttransistors (12) angeschlos sen ist.
4. 4. lonisiitions-Rauchmelder nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungs begrcnzungselement eine Zener-Diode (50) ist.
5. 5. lonisations-Rauchmelder nach Anspruch I 2. 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß de Feldeffekttransistor (12) ein Sperrschicht-Feld effekttransistor ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

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