DE3331203C2 - Device for monitoring the velocity of a gas flow in a channel - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Überwachung der Geschwindigkeit eines Gasstromes in einem Kanal, insbesondere für das Rauchansaugsystem eines mehrpunktförmigen Linien-Rauchmelders. Die Vorrichtung weist einen Meßfühler (10) auf, welcher durch ein temperaturempfindliches beheiztes Element gebildet und direkt im Gasstrom angeordnet ist. Der Meßfühler (10) ist an eine Temperaturkompensations-Schaltung (11) angeschlossen, welche zur Kompensation der Temperaturschwankungen des Gases dient. Eine Soll-Ist-Vergleichsschaltung (13) dient zur Überwachung der Spannung des Meßfühlers (10), welche von der Gasgeschwindigkeit des Gases abhängig ist. Über- bzw. unterschreitet die Gasgeschwindigkeit den mittels eines Potentiometers (12) eingestellten Soll-Wert, aktiviert die Vergleichsschaltung (13) über eine Verzögerungsschaltung (14) eine Störungsausgangsschaltung (15). Die Störungsmeldung wird z. B. an eine Brandmeldezentrale geleitet. Eine Meßausgangsschaltung (17) dient zur Einstellung der Grenzwerte der Gasgeschwindigkeit während der Inbetriebnahme der Vorrichtung. Eine Heizungsschaltung (20) dient zur Heizung von Ansaugstellen des Gases bei ihrer Verstopfung durch Vereisung. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für Überwachung bei Spezialanwendungen z. B. in EDV-Räumen, Hochregallagern oder auch in Bereichen mit Temperaturen unter 0°C.Device for monitoring the speed of a gas flow in a channel, in particular for the smoke extraction system of a multi-point line smoke detector. The device has a measuring sensor (10) which is formed by a temperature-sensitive heated element and is arranged directly in the gas flow. The measuring sensor (10) is connected to a temperature compensation circuit (11) which serves to compensate for temperature fluctuations of the gas. A target-actual comparison circuit (13) is used to monitor the voltage of the measuring sensor (10), which depends on the gas velocity of the gas. If the gas velocity exceeds or falls below the target value set by means of a potentiometer (12), the comparison circuit (13) activates a fault output circuit (15) via a delay circuit (14). The fault message is sent, for example, to a fire alarm control panel. A measuring output circuit (17) is used to set the limit values of the gas velocity during commissioning of the device. A heating circuit (20) is used to heat gas intake points when they become blocked by ice. The device is particularly suitable for monitoring special applications, e.g. in computer rooms, high-bay warehouses or in areas with temperatures below 0°C.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Geschwindigkeit eines Gasstromes in einem Kanal nach dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs.The invention relates to a device for monitoring the velocity of a gas flow in a channel according to the preamble of the only patent claim.
Bei dieser aus der DE-OS 24 56 372 vorbekannten Vorrichtung, wie sie beispielsweise in Verbindung mit dem Rauchansaugsystem eines mehrpunktförmigen Linien-Rauchmelders vorgesehen sein kann, sind die Schwellenwerte des Fensterdiskriminators den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend einzustellen, für diesen Zweck sind in der DE-OS 24 56 372 bereits Potentiometer zur Einstellung der Schwellenwerte vorgesehen, eine Einstellung der Schwellenwerte unter gleichzeitiger Meßkontrolle ist nicht möglich.In this device, which is already known from DE-OS 24 56 372 and which can be provided, for example, in connection with the smoke extraction system of a multi-point line smoke detector, the threshold values of the window discriminator must be set according to the respective circumstances. For this purpose, potentiometers for setting the threshold values are already provided in DE-OS 24 56 372. Setting the threshold values while simultaneously monitoring the measurement is not possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine einfache Einstellbarkeit des Maximal- und des Minimalwerts unter Meßkontrolle möglich wird.The invention is based on the object of creating a device of the type mentioned at the beginning, in which a simple adjustment of the maximum and minimum values under measurement control is possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des einzigen Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of the sole claim.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. In dieser zeigtThe invention is explained with reference to a drawing. In this drawing
Fig. 1 das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Vorrichtung, und Fig. 1 shows the block diagram of the proposed device, and
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Schaltungsanordnung. Fig. 2 shows an embodiment of a corresponding circuit arrangement.
In Fig. 1 ist das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Vorrichtung gezeigt. Die als gedruckte Schaltung ausgebildete Vorrichtung weist ein direkt im Gasstrom angeordnetes temperaturempfindliches beheiztes Element 10 auf. Das Element 10 ist an eine Temperatur-Kombinationsschaltung 11 angeschlossen, die ein zweites temperaturempfindliches Element aufweist, das außerhalb des Gasstroms angeordnet ist und zur Kompensation der Temperaturschwankungen des Gases dient. Fig. 1 shows the block diagram of the proposed device. The device, which is designed as a printed circuit, has a temperature-sensitive heated element 10 arranged directly in the gas flow. The element 10 is connected to a temperature combination circuit 11 which has a second temperature-sensitive element which is arranged outside the gas flow and serves to compensate for the temperature fluctuations of the gas.
Das erste beheizte Element 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Miniatur-NTC-Widerstand handeln kann, wandelt die Meßgröße Gasgeschwindigkeit in eine elektrische Spannung um. Das Prinzip der Umwandlung besteht darin, daß der geheizte NTC-Widerstand vom Gasstrom gekühlt wird und die damit verbundene Widerstandsänderung ausgewertet wird. Bei kleinen Gasgeschwindigkeiten wird der Widerstand wenig, bei großen Gasgeschwindigkeiten mehr gekühlt. Die Abhängigkeit von der Gastemperatur wird durch die nachfolgende Temperatur-Kombinationsschaltung 11 eliminiert.The first heated element 10 , which can be a miniature NTC resistor, for example, converts the gas velocity measurement into an electrical voltage. The principle of the conversion is that the heated NTC resistor is cooled by the gas flow and the associated change in resistance is evaluated. At low gas velocities, the resistor is cooled slightly, and at high gas velocities, more. The dependence on the gas temperature is eliminated by the subsequent temperature combination circuit 11 .
Der Ausgang der Temperatur-Kompensationsschaltung 11 ist an einen Eingang einer Soll-Ist-Vergleichsschaltung 13, welche durch einen Fensterdiskriminator gebildet ist, angeschlossen, mit deren anderem Eingang ein Potentiometer 12 elektrisch verbunden ist. Der Fensterdiskriminator überwacht die Spannung am NTC-Widerstand auf einen maximalen und einen minimalen Wert, wobei diese Werte einen Rohrbruch bzw. eine Verstopfung der Ansaugstellen bedeuten. Mit dem von außen zugänglichen Potentiometer 12 werden diese Grenzwerte auf die vorhandene, anlagenspezifische Gasgeschwindigkeit eingestellt. Dies geschieht während der Inbetriebnahme mit Hilfe eines Voltmeters, welches an die Meßbuchsen einer Meßausgangsschaltung 17 angeschlossen ist, wobei die Eingänge dieser Meßausgangsschaltung mit dem Ausgang der Temperatur-Kompensationsschaltung 11 und dem Ausgang der Soll-Ist-Vergleichsschaltung 13 elektrisch verbunden sind. Neben der Spannung, welche der Differenz zwischen der Soll- und Istgeschwindigkeit des Gases entspricht, wird noch eine zweite Spannung an den Meßausgang gegeben, die eine Messung der vorhandenen Gasgeschwindigkeit ermöglicht. Diese beiden Meßgrößen werden in einem 7s-Takt abwechslungsweise an den Meßausgang gegeben. Über- bzw. unterschreitet die Gasgeschwindigkeit den eingestellten Minimal- bzw. Maximalwert, aktiviert die Soll-Ist-Vergleichsschaltung 13 über eine Verzögerungsschaltung 14 mit einer Verzögerung von 5 bis 30 Minuten eine Störungsausgangsschaltung 15. Der Verzögerungsablauf wird durch eine blinkende, optische Anzeige mittels einer Störungsmeldungsschaltung 18 signalisiert, d. h. weicht die Ist-Gasgeschwindigkeit von der Soll-Geschwindigkeit nur kurzzeitig ab, wird dies nur durch die blinkende Anzeige gemeldet. Die Störungsausgangsschaltung 15 wird nicht aktiv.The output of the temperature compensation circuit 11 is connected to an input of a target-actual comparison circuit 13 , which is formed by a window discriminator, with the other input of which a potentiometer 12 is electrically connected. The window discriminator monitors the voltage at the NTC resistor for a maximum and a minimum value, whereby these values indicate a pipe break or a blockage of the intake points. Using the potentiometer 12, which is accessible from the outside, these limit values are set to the existing, system-specific gas velocity. This is done during commissioning with the aid of a voltmeter, which is connected to the measuring sockets of a measuring output circuit 17 , whereby the inputs of this measuring output circuit are electrically connected to the output of the temperature compensation circuit 11 and the output of the target-actual comparison circuit 13 . In addition to the voltage corresponding to the difference between the target and actual gas speed, a second voltage is also applied to the measuring output, which enables the existing gas speed to be measured. These two measured variables are alternately applied to the measuring output in a 7-second cycle. If the gas speed exceeds or falls below the set minimum or maximum value, the target-actual comparison circuit 13 activates a fault output circuit 15 via a delay circuit 14 with a delay of 5 to 30 minutes. The delay is signaled by a flashing optical display using a fault signaling circuit 18 , ie if the actual gas speed deviates from the target speed only briefly, this is only reported by the flashing display. The fault output circuit 15 is not activated.
Nach der Verzögerungszeit wird die optische Anzeige kontinuierlich und die Störungsmeldung gelangt über die Störungsausgangsschaltung 15 an eine Brandmeldezentrale. Diese Meldung bleibt bis zur Quittierung durch Aus- und Wiedereinschaltung der Speisung der Vorrichtung und Behebung der Störung gehalten. Die Störungsausgangsschaltung 15 ist so ausgelegt, daß bei Ausfall der Speisespannung eine Störung an eine Brandmeldezentrale gemeldet wird.After the delay time, the optical display becomes continuous and the fault message is sent to a fire alarm control panel via the fault output circuit 15. This message remains until it is acknowledged by switching the power supply to the device off and on again and the fault is rectified. The fault output circuit 15 is designed so that if the power supply fails, a fault is reported to a fire alarm control panel.
In Fig. 2 ist das Schaltungsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ein Spannungsteiler R 24, R 25 bildet die Referenzspannung für einen Operationsverstärker A 1, welcher zusammen mit einem Transistor T 1 und einem Widerstand R 23 den elektrischen Strom durch einen NTC-Widerstand R 21 konstant hält und ihn somit aufheizt. Eine Änderung des Widerstandswertes des NTC- Widerstandes R 21 infolge Abkühlung im Gasstrom gelangt über einen Widerstand R 17 als Stromsignal zu einem Operationsverstärker A 2. Die Kompensation der Gastemperatur wird mit einem NTC-Widerstand R 22 und Widerständen R 18, R 19, R 20 realisiert und beeinflußt das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers A 2 so, daß eine Proportionalität zwischen der Gasgeschwindigkeit und der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A 2 besteht. Fig. 2 shows the circuit diagram of the device according to the invention. A voltage divider R 24 , R 25 forms the reference voltage for an operational amplifier A 1 , which together with a transistor T 1 and a resistor R 23 keeps the electric current through an NTC resistor R 21 constant and thus heats it up. A change in the resistance value of the NTC resistor R 21 due to cooling in the gas flow is passed via a resistor R 17 to an operational amplifier A 2 as a current signal. The compensation of the gas temperature is implemented with an NTC resistor R 22 and resistors R 18 , R 19 , R 20 and influences the output signal of an operational amplifier A 2 such that there is a proportionality between the gas velocity and the output voltage of the operational amplifier A 2 .
Beim Abgleich der Sollgeschwindigkeit des Gasstromes wird mit einem Potentiometer P 1 eine Widerstandskette R 12, R 13, R 14, R 15 so geregelt, daß deren Mittelpunkt die gleiche Spannung aufweist wie der Ausgang des Operationsverstärkers A 2. Mit der genannten Widerstandskette werden gleichzeitig zwei Referenzspannungen gebildet, die zur Spannung des Mittelpunktes symmetrisch sind und die als Schwellwerte an die Eingänge der einen Fensterdiskriminator bildenden Operationsverstärker A 3, A 4 angelegt sind. Bei einer Gasgeschwindigkeit, welcher eine Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A 2 entspricht, die innerhalb dieser Schwellwerte liegt, sind die Ausgänge der Operationsverstärker A 3, A 4 positiv und sie werden durch Dioden D 4, D 5 gesperrt. Ein positives Potential ist über einen Widerstand R 26 an den Eingang 6 eines programmierbaren Zeitgebers PZ angelegt, welcher einen internen Taktgeber und einen internen Zähler aufweist, wobei die Taktfrequenz durch eine externe RC-Schaltung R 27, R 28, C 8 bestimmt ist. Das genannte positive Potential hält den Taktgeber und den Zähler auf Null. Der Ausgang des Zeitgebers PZ ist logisch 1 und er hält somit über einen Widerstand R 30 und einen Transistor T 3, ein Relais RS angezogen. Der Ausgang 1 des Zeitgebers PZ ist logisch 0, so daß ein an diesen Ausgang angeschlossener Transistor T 2 gesperrt ist und eine an den Kollektor des T 2 über einen Widerstand R 31 angeschlossene Leuchtdiode ST, welche zur optischen Störungsanzeige dient, leuchtet nicht.When adjusting the target speed of the gas flow, a resistor chain R 12 , R 13 , R 14 , R 15 is regulated with a potentiometer P 1 so that its midpoint has the same voltage as the output of the operational amplifier A 2 . The resistor chain mentioned simultaneously forms two reference voltages which are symmetrical to the voltage of the midpoint and which are applied as threshold values to the inputs of the operational amplifiers A 3 , A 4 forming a window discriminator. At a gas speed which corresponds to an output voltage of the operational amplifier A 2 which lies within these threshold values, the outputs of the operational amplifiers A 3 , A 4 are positive and they are blocked by diodes D 4 , D 5 . A positive potential is applied via a resistor R 26 to the input 6 of a programmable timer PZ , which has an internal clock and an internal counter, the clock frequency being determined by an external RC circuit R 27 , R 28 , C 8 . The said positive potential keeps the clock and the counter at zero. The output of the timer PZ is logic 1 and thus keeps a relay RS energized via a resistor R 30 and a transistor T 3 . The output 1 of the timer PZ is logic 0, so that a transistor T 2 connected to this output is blocked and a light-emitting diode ST connected to the collector of T 2 via a resistor R 31 , which serves as an optical fault indicator, does not light up.
Der Ausgang des Operationsverstärkers A 2 ist über einen Widerstand R 2 an eine Meßbuchse +M angeschlossen. Eine Meßbuchse -M wird vom Ausgang eines Operationsverstärkers B 1 angesteuert. Der Operationsverstärkers B 1 erhält an einem Eingang ein Signal, welches dem Soll-Wert der Gasgeschwindigkeit entspricht. Ein Operationsverstärker B 2 ist mit Widerständen R 8 bis R 11, einer Diode D 3 und einem Kondensator C 6 als Taktgeber geschaltet, mit einer Schaltzeit von ca. 7 Sekunden. Über die Diode D 2 gelangt dieser Takt zum Operationsverstärker B 1. Ist der Ausgang des Taktgebers B 2 logisch 0, dann wirkt B 1 als Spannungsfolger. An den Meßbuchsen +M, -M liegt nun eine Spannung, welche der Differenz zwischen der Soll- und Istgeschwindigkeit des Gases entspricht. Ist der Ausgang des Taktgebers B 2 logisch 1, dann wird B 1 invertiert, so daß sein Ausgang logisch 0 wird und an den Meßbuchsen liegt eine Spannung, welche dem Ist-Wert der Gasgeschwindigkeit entspricht.The output of the operational amplifier A 2 is connected via a resistor R 2 to a measuring socket + M. A measuring socket - M is controlled by the output of an operational amplifier B 1. The operational amplifier B 1 receives a signal at one input which corresponds to the target value of the gas velocity. An operational amplifier B 2 is connected to resistors R 8 to R 11 , a diode D 3 and a capacitor C 6 as a clock generator, with a switching time of approx. 7 seconds. This clock reaches the operational amplifier B 1 via the diode D 2. If the output of the clock generator B 2 is logical 0, then B 1 acts as a voltage follower. A voltage is now present at the measuring sockets + M and - M which corresponds to the difference between the target and actual speed of the gas. If the output of the clock generator B 2 is logical 1, then B 1 is inverted so that its output becomes logical 0 and a voltage is present at the measuring sockets which corresponds to the actual value of the gas velocity.
Wenn sich der Ist-Wert der Gasgeschwindigkeit infolge Verstopfung der Ansaugstellen oder Bruch der Ansaugleitungen ändert und dieser neue Wert einer Spannung entspricht, welche außerhalb der genannten Schwellenwerte liegt, dann wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A 3 oder A 4, das dem Eingang 6 des Zeitgebers PZ zugeführt wird, logisch 0, so daß der Taktgeber und der Zähler des Zeitgebers PZ aktiviert werden.If the actual value of the gas velocity changes due to blockage of the intake points or breakage of the intake lines and this new value corresponds to a voltage which is outside the above-mentioned threshold values, the output signal of the operational amplifier A 3 or A 4 , which is fed to the input 6 of the timer PZ , becomes logic 0, so that the clock generator and the counter of the timer PZ are activated.
Über den Ausgang 1 des Zeitgebers PZ und einen Widerstand R 29 gelangt die Taktfrequenz zum Transistor T 2, der die Leuchtdiode ST intermittierend aufleuchten läßt. Während 5 Minuten bleibt der Ausgang 8 des Zeitgebers PZ logisch 1 und der Transistor T 3, welcher an diesen Ausgang über den Widerstand R 30 angeschlossen ist bleibt leitend. An den Kollektor des Transistors T 3 ist das Relais RS angeschlossen, welches angezogen bleibt. Nach 5 Minuten erreicht der Zähler des Zeitgebers PZ seinen Endstand, der Ausgang 8 wird logisch 0, das Relais RS fällt ab und signalisiert eine Störung. Die Leuchtdiode ST leuchtet kontinuierlich.The clock frequency is passed through output 1 of the PZ timer and a resistor R 29 to the transistor T 2 , which causes the LED ST to light up intermittently. For 5 minutes, output 8 of the PZ timer remains at logic 1 and transistor T 3 , which is connected to this output via resistor R 30 , remains conductive. The relay RS is connected to the collector of transistor T 3 and remains energized. After 5 minutes, the counter of the PZ timer reaches its final position, output 8 becomes logic 0, the relay RS drops out and signals a fault. The LED ST lights up continuously.
Anstelle von NTC-Widerständen können Dioden verwendet werden, ohne daß das Schaltungsschema gemäß Fig. 2 geändert wird. Bei Verwendung von PTC-Widerständen, z. B. aus Platin, Nickel, Nickel-Eisen oder Kupfer, muß der Operationsverstärker A 2 anders geschaltet werden. Der PTC-Widerstand R 21 muß mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers A 2 und der PTC-Widerstand R 22 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers A 2 verbunden werden.Diodes can be used instead of NTC resistors without changing the circuit diagram shown in Fig. 2. When using PTC resistors, e.g. made of platinum, nickel, nickel-iron or copper, the operational amplifier A 2 must be connected differently. The PTC resistor R 21 must be connected to the positive input of the operational amplifier A 2 and the PTC resistor R 22 to the negative input of the operational amplifier A 2 .
Ein temperaturabhängiges Element, z. B. R 21 kann aus einem der genannten Stoffe und das andere temperaturempfindliche Element, z. B. R 22 aus einem anderem von den genannten Stoffen oder eine Diode, oder ein NTC- Widerstand sein. In diesen Fällen muß das Schaltungsschema gemäß Fig. 2 geändert werden, indem entweder die Polaritäten der Spannungen, an welche die Widerstände R 21, R 22 oder Dioden angeschlossen werden ändern, oder/und der Operationsverstärker A 2 anders beschaltet werden.A temperature-dependent element, e.g. R 21, can be made of one of the materials mentioned and the other temperature-sensitive element, e.g. R 22, can be made of another of the materials mentioned or a diode or an NTC resistor. In these cases, the circuit diagram according to Fig. 2 must be changed by either changing the polarities of the voltages to which the resistors R 21 , R 22 or diodes are connected or/and the operational amplifier A 2 is wired differently.
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