<Desc/Clms Page number 1>
Anordnung zur elektrischen Kontrolle eines Gases. Die vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen zur Überwaehung eines Gases mittels mindestens einer Ionisationskammer, einer Quelle, die eine gasionisierende Strahlung aussendet und einer Gasentladungsröhre als Relaisorgan.
Es ist bekannt, dass der elektrische Widerstand einer Ionisationskammer bei einer Änderung der Gaszusammensetzung beträchtlich zu- oder abnehmen kann.
Untersuchungen zeigten, dass die Strom- spannungscharakteristik sieh sehr stark ändert, wenn Verbrennungsgase in die Ionisationskammer gelangen, und zwar nimmt der Strom bei gleichbleibender Spannung ab. Es handelt sieh dabei nicht um die Einwirkung normaler Ionen, wie sie in jeder Flamme entstehen. Solche Ionen würden nämlich einen Stromanstieg in der Ionisationskammer bewirken. Bekanntlich verschwinden die Flammenionen durch Rekombination sehr rasch und können für das Verhalten der Ionisationskammer praktisch vernachlässigt werden. Die Vergrösserung des Widerstandes der Ionisationskammer bei Anwesenheit von Verbrennungsgasen beruht auf verschiedenen ehenmischen und physikalischen Eigenschaften der Verbrennungsprodukte, auf die hier nicht näher eingetreten werden soll.
Die Veränderung der Stromspannungscharakteristik einer Ionisationskammer kann somit dazu dienen, gewisse Änderungen eines Gases festzustellen. Insbesondere kann sie dazu verwendet werden, die Anwesenheit von Verbrennungsprodukten anzuzeigen, wobei als praktische Anwendung in erster Linie an einen automatischen Feuermelder bedacht wird. Es sind bereits Anordnungen bekannt, die mit Hilfe von Ionisationskammern einmalige oder kaufende Kontrollen von Gasen vornehmen. Dabei dient als Kriterium entweder die Stromänderung bei bestimmter Spannung, oder die Strom- änderung wird durch Seriesehaltung eines Widerstandes in eine Spannungsänderung übergeführt. Die bisher bekannten Anordnungen verwendeten hiezu entweder hoehempfind- diche Galvanometer, elektrostatische Voltmeter oder Elektrometerröhren.
Derartige Apparaturen sind naturgemäss sehr empfindlich und kompliziert. Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die auf einfache Art die Veränderung der Stromspannungscharakte- ristik der Ionisationskammer in starke elektrische Signale überführt.
Sie kennzeichnet sich dadurch, dass sie eine mindestens zwei Elektroden aufweisende Ioni- sationskammer enthält, in der eine ionisierende Strahlung auf das zu untersuchende, durch die Kammer geleitete Gas wirkt, und dass die Elektroden der Ionisationskammer mit. einer Gasentladumgsröhre in der Weise verbunden sind, d ass Änderungen der Leitfähigkeit des zu untersuchenden Gases Potentialänderungen zwischen mindestens zwei Elektroden der C,rasent:
ladungsröhre hervorrufen und dadurch
<Desc/Clms Page number 2>
die Gasentladung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Gases steuern.
In des beiliegenden Zeichnung sind in den Fig.1 bis 7 einige beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig.1 bis 3 Schaltungen zur Steuerung einer Gasentladung durch eine Ionisationskammer, Fig. 4 bis 7 Gasentladungsröhren mit beweglichen Elektroden in schematischer Darstellung.
Fig. 5 stellt einen Schnitt nach der Linie A A der Fig. 4 dar, Fig. 4 einen solchen nach der Linie B-B der Fig. 5.
Analog stellt Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 6 und Fig. 6 einen nach der Linie B-B von Fig. 7 dar.
In Fig.1 ist die Ionisationskammner 1 in Serie mit dem hochohmigen Widerstand 6 an die Pole der Spannungsquelle 5 angeschlossen. Das radioaktive Präparat 4 ionisiert das zwischen den Elektroden 2 und 3 befindliche Gas. Es fliesst somit von der Batterie 5 über den Widerstand 6 und durch das Gas ein kleiner Strom. Parallel zur Ionisationskammer isst der Kondensator 10 geschaltet, ferner die Glimmlampe 9 in Serie mit der Transformatorwick- hung 11 und der Batterie B. Letztere dient zur Einsstellung einer geeigneten Vorspannung für die Gasentladungsröhre 9, so dass normalerweise keine Gasentladung zündet.
Die Funktionsweise dieser Anordnung ist wie folgt Steigt die Potentialdifferenz infolge einer Gasveränderung in der Ionisationskammer 1, so entlädt sich der Kondensator 10, sobald die Zündspannung der Gasentladungsröhre 9 erreicht ist, stossartig über die Röhre 9. Der so entstehende Stromstoss wird durch den Transformator 11 entweder auf ein elektromechanisches Relais oder auf eine Verstärkerröhre übertragen.
Die Anordnung wird bedeutend einfacher, wenn an Stelle der einfachen Glimmlampe eine Gasentladungsröhre mit drei Elektroden (Glimmrelais) verwendet wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Das Glimmrelais 12 besitzt eine Kathode 13, eine Anode 15 sowie eine Steuerelektrode 14. Die Hauptentladungsstrccke 13 bis 15 liegt in Serie mit dem elektromechanischen Relais R und der Batterie 5. Das Glimm- relais arbeitet wie folg: Die Spannung der Batterie 5 wird so gehalten, dass sie grösser ist als die Brennspan- nung 13 bis 15, aber kleiner als die Zünd- spannung 13 bis 15, so dass normalerweise kein Strom fliesst.
Wird nun durch eine Potential- ändenmg an der Steuerelektrode 14 eine Zündung zwischen 14 und 13 oder zwischen 14 und 15 ausgelöst, so leitet diese Steuerentladung auch die Zündung des Hauptkreises 13 bis 15 ein. Es isst ohne weiteres klar, dass an Stelle der Anordnung 8, 9, 11 von Fig.1 die Strecke 13 bis 14 des in Fig. 2 gezeieh- neten Glimmrelais geschaltet werden kann, während die Anode 15 mit dem positiven Pol der Batterie 5 verbunden ist. In Fug. 2 ist an Stelle der Kombination Ionisationskammer/Widerstand, eine Ionisationskammer 1 gezeichnet, die eine Hilfselektrode 3 aufweist.
Es ist evident, dass bei einer Änderung der Strom- spannungscharakteristik der Ionisationskammer sich auch das Potential einer in dieser angeordneten Zwischenelektrode ändert. Im Falle von Fig. 2 wird diese Potentialänderung direkt auf die Steuerelektrode 14 des Glimm- relais übertragen. An Stelle einer einfachen Speicherkapazität 10, wie in Fig.1., sind hier zwei Kondensatoren 10 und 16 geschaltet, deren Werte so bemessen sind, dass beim Einschalten der Batterie zunächst keine Zündung entsteht.
Eine weitere Möglichkeit, die Änderung des innern Widerstandes einer Ionisationskam- mer in eine Potentialänderung überziüühren, ist in Fig. 3 ,dargestellt. Hier ist in Serie mit. der Messionisationskammer 1 eine zweite abgeschlossene Ionisationskammer 6 geschaltet. Diese weist. wiederum ein radioaktives Präparat 7 atü.
Wie man sich leicht überlegen kann, erhält man am Mittelpunkt 8 beider Ionisa- tionskammern dann die grösste Spannungs- änderung, wenn innerhalb des Arbeitsbereiches
<Desc/Clms Page number 3>
die Ionisationskanmmer 6 im gesättigten Teil der Charakteristik liegt. Die Potentialänderung 8 kann entweder zur Steuerung einer G limmlampenanordnung wie in Fig. 1 oder eines Glimmrelais wie in Fig.2 dienen. In Fig.3 ist eine andersartige Verstärkeranordnung dargestellt. Die Potentialänderung der Elektrode 14 dient hier nicht zum Einheiten einer Gasentladung, sondern zur Beeinflussung einer bereits bestehenden Gasentladung.
Die Röhre 9 weist zwei feste Elektroden 16 und 17 auf, die in einer Brückenschaltung liegen, ferner die bewegliche Elektrode 13, deren Stellung durch das elektrostatische Feld, das zwischen dieser Elektrode und der Elektrode 14 besteht, bestimmt ist. Batteriespannung und Röhre sind so bemessen, dass dauernd eine Gasentladung von den beiden festen Elektroden 16 und 17 nach der beweglichen Elektrode 13 fliesst. Bei einer Verschiebung der Elektrode 13 infolge Potentialänderung an der Elektrode 14 tritt eine Veränderung der Stromstärke durch die Elektroden 16 und 17 ein. Diese Verschiebung wird durch das Instrument J angezeigt.
Da der Strom, der durch die Ionisationskammer fliesst, sehr klein ist, bestehen gewisse Schwierigkeiten, eine Gasentladung damit direkt zu zünden. Der Grund für diese Schwierigkeiten liegt darin, dass der unvermeidliche Vorstrom einer Gasentladung einen unerwünschten Nebenschluss zur Ionisationskammer bildet. Im folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, die diese Schwierigkeit dadurch umgehen, dass die Zündung nicht. durch Spannungsänderung eingeleitet wird, sondern indem, analog wie in Fig. 3 beschrieben, die Potentialänderung mittels der elektrostatisch wirkenden Kräfte in eine mechanische Bewegung übergeführt wird, so dass durch Verkleinerung des Abstandes der Zündstrecke die Zündbedingungen erfüllt werden.
Es wird dabei von der bekannten Erscheinung Gebrauch gemacht, dass bei geeigneter Ausbildung der Gasentladungsstrecke die Zündspannung mit abnehmendem Elektrodenabstand kleiner wird. Denkt man sich z. B. in Fig.l die eine der Elektroden der Gas- entladungslampe beweglich, so kann bei grö- sser werdender Potentialdifferenz am Kondensator 10 eine Zündung dadurch entstehen, dass sieh die bewegliche Elektrode infolge der elektrostatischen Kräfte gegen die zweite Elektrode bewegt. Analog kann man sich in Fig. 2 die Elektrode 13 beweglich vorstellen, so dass bei grösser werdender Potentialdifferenz am Kondensator 10 eine Verschiebung der Elektrode 13 eintritt, wodurch die Entladung zwischen 13 und 1 5 bewirkt wird.
In den beschriebenen Fällen soll es sich nicht um eine direkte Berührung der Elektroden handeln, sondern um einen Gasentladungsdurchbruch bei hinreichender Annäherung der Elektroden. Stromübergang durch direkte Berührung wäre nämlich zufolge der äusserst kleinen elektrostatischen Kräfte nicht betriebssicher.
Die Fig.4 bis 7 zeigen schematisch derartige Anordnungen mit beweglichen Elektroden.
Im Beispiel Fig.4/5 besteht der bewegliche Teil aus einer Platte 21, einem mit ihr verbundenen Zeiger 31 und einem dünnen, gespannten Band 24/25, die Gegenelektrode aus der kondensatorartigen Anordnung 22. Die Zündung erfolgt zwischen dem Zeiger 31. und dem Stift 32. Dass Band ist.
an den federnden Haltern 28 und 29 befestigt, die gleichzeitig als Stromzuführiuidienen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist so, dass bei zunehmender Potentialdifferenz zwischen 21 und 22 die Platte 21 sich im Sinne zunehmender Kapazität dreht, wobei sich der Zeiger 31 dein Stift 32 nähert, so dal3 bei hinreichender Verkleinerung dieses Abstandes ein Gasentla- dungsdurehbruch stattfindet. Schaltungsmässig kann diese Anordnung z. B. so verwendet werden, dass die Elektroden 32, 33, 34 als Elektroden 15, 13, 14 in Fig. 2 dienen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6/7 zeigt eine ähnliche Anordnung. Der bewegliche Körper besteht hier aus einem leichten, isolierenden Zylinder 23 mit den beiden Elek- trodenbelägen 35 und 36, die leitend mit den beiden Spannbändern 24 und 25 verbunden sind. Letztere sind wiederum federnd an den Haltern 28 und 29 befestigt. Über die Zufüh-
<Desc/Clms Page number 4>
rungen 33 und 34 kann somit eine Spannung auf die beiden Beläge geführt werden. Als Gegenelektroden wirken die beiden festen Halbzylinder 37 und 38, die ebenfalls mit den Zuführungen 33 und 34 leitend verbunden sind.
Es ist ohne weiteres verständlich, dass bei geeigneter Ruhelage des Zylinders mit zunehmender Potentialdifferenz zwischen 33 und 34 der Zylinder samt dem daran befestigten Zeiger 31 eine Drehbewegung ausführt. Annäherung des Zeigers 31 an den festen Stift 32 hat wiederum einen Gasentladungsdurchbruch zur Folge. Schaltungsmässig kann diese Anordnung wie Beispiel Fig.4/5 verwendet werden.
Da, wie bereits erwähnt, die Ionisationskammer-Ströme ausserordentlich klein sind, ist es wichtig, dass die entsprechenden Isolationsstellen sehr gute Isolationswerte aufweisen. Sofern die umgebende Luft Bestandteile wie Öl, Fett, Rauch, Staub usw. enthält, verschmutzt die Isolation sehr leicht. Es ist daher von Vorteil, die Isolationsstelle von der umgebenden Atmosphäre durch eine Wand zu trennen, in der Weise, dass die Zuführung zur Isolationsstelle durch ein Loch, ein Röhrchen oder durch einen Spalt in dieser Wand geführt wird. Ferner kann die Isolation durch Feuchtigkeit in der umgebenden Atmosphäre verderben oder zeitweise aufgehoben werden. Um dies zu vermeiden, kann es zweckmässig sein, die Isolation oder die sie umgebende Atmosphäre zu erwärmen.
Dies geschieht Zweckmässig durch einen Widerstand, der durch elektrischen Strom geheizt wird.