CH681932A5

CH681932A5 -

Info

Publication number: CH681932A5
Application number: CH3822/90A
Authority: CH
Inventors: Marc Thuillard
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1993-06-15
Also published as: EP0489232A1; CA2056768A1; US5243330A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Brandmeldeanlage gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei der eine Anzahl an Meldelinien liegende lonisations-rauchmeider, welche verschiedene elektrische Zustände annehmen können, mit einer Brandmeldezentrale verbunden ist.

Eine solche Brandmeldeanlage ist aus der nicht-vorveröffentlichten EP-PA 90 117 759.2 bekannt. Brandmeldeanlagen dieses Typs werden in zunehmendem Masse zum Schutze von Menschenleben und Sachwerten eingesetzt; sie bestehen aus Brandmeldern, die in den zu schützenden Objekten installiert sind und Brandmeldezentralen, die über ein Leitungsnetz mit den Meldern verbunden sind. Unter den Brandmeldern nehmen die lonisations-rauchmelder eine besondere Stellung ein, da sie in der Lage sind, Brände in einem so frühen Stadium zu detektieren, dass geeignete Mittel, insbesondere zum Schutze von Menschenleben, rechtzeitig eingesetzt werden können. Man spricht daher auch von Frühwarnsystemen.

Die Funktionsweise der lonisationsrauchmelder beruht auf der Ausnützung des physikalischen Effektes, dass der in einer Ionisationskammer fliessende lonenstrom durch die Anwesenheit von Rauch, d.h. von Aerosolen, beeinflusst wird. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe schwacher radioaktiver Präparate die Luft in einer Messkammer, zu der die umgebende Luft Zutritt hat, ionisiert, so dass zwischen den Elektroden ein lonenstrom fliesst. Dringt nun Rauch, oder allgemein gesprochen ein Brandaerosol, in die Messkammer ein, so kommt es zu einer Anlagerung der Luftionen an die Aerosolteilchen, wodurch ihre Beweglichkeit stark herabgesetzt wird. Das Ergebnis ist eine Erniedrigung des lo-nenstroms. Überschreitet die Stromänderung einen bestimmten Grenzwert, so wird ein Alarmsignal erzeugt, das zur Zentrale übertragen wird.

Ein Problem bei allen Brandmeldeanlagen ist das Auftreten von Fehlalarmen. Bei lonisations-rauchmeldern besteht ein spezielles Problem darin, dass die Melder empfindlich gegen das Auftreten erhöhter Luftgeschwindigkeiten, gegen das Betauen oder gegen eine Abdeckung der radioaktiven Quelle durch Staub oder Korrosion sind, da diese Phänomene auf den lonenstrom den gleichen Effekt ausüben, wie das Auftreten von Brandaerosolen. Da eine solche Änderung des lonenstroms bewirkt, dass die Melder immer empfindlicher werden, nimmt die Fehlalarmneigung ständig zu. Das Auftreten von Fehlalarmen ist besonders dann störend, wenn durch eine Alarmmeldung automatische Löschanlagen in Betrieb gesetzt oder externe Löschkräfte aufgeboten werden.

Gegen das Auftreten von Fehlalarmen durch erhöhte Luftgeschwindigkeiten wurden mit Erfolg konstruktive Gestaltungen der Lufteintrittsöffnungen der Messionisationskammer angewendet, z.B. gemäss DE-B2 2 415 479. Um Funktionsstörungen von lonisationsrauchmeldern durch Niederschlag von Feuchtigkeit zu vermeiden, wurden die Elektroden beheizt, oder es wurde die Verlustwärme der elektronischen Schaltung zur Beheizung ausgenutzt, wie es in der DE-C3 2 537 598 vorgeschlagen wurde.

In der EP-A1 0 070 449 wurde vorgeschlagen, die Messwerte nach Übertragung zu einer Signalzentrale auszuwerten. Dabei wird aus den einzelnen Messwerten für jeden Melder ein Ruhewert gebildet und in einem Ruhewertspeicher gespeichert. Aus dem jeweiligen Meldermesswert und einem in einem Vergleichsspeicher gespeicherten Vergleichswert wird ein aktueller Vergleichswert gebildet und in den Vergleichsspeicher eingeschrieben. Nach Vergleich des aktuellen Vergleichswertes mit einem Grenzwert wird entweder eine Anzeigevorrichtung angesteuert, oder es wird aus dem aktuellen Meldermesswert und dem gespeicherten Ruhewert ein neuer Ruhewert gebildet und in den Ruhewertspeicher eingeschrieben. So ist es möglich, eine langsame Veränderung am Melder, beispielsweise durch Verschmutzung, auszugleichen und die Melderempfindlichkeit über eine sehr lange Zeit konstant zu halten.

In der DE-A1 2 428 325 wurde vorgeschlagen, Flüssigkeitsniederschlag und Isolationsverschlechterung der lonisationsmesskammer durch eine die Betauung verhindernde chemische Zusammensetzung der die Mess- und Referenzkammer trennende Scheibe zu vermeiden.

Gegen das Auftreten von Fehlalarmen durch Abdeckung der radioaktiven Quelle durch Verschmutzung wurde in der veröffentlichten JP-PA 4 793 018 vorgeschlagen, die Kriechwege zwischen Mittelelektrode und den beiden anderen Elektroden so zu dimensionieren, dass sie dem Verhältnis der Kammerspannungen entsprechen, so dass bei gleichmässiger Verschmutzung keine Spannungsverschiebung an der Mittelelektrode auftritt.

Zur Verhinderung von Niederschlägen auf der radioaktiven Quelle, welche die Funktionsfähigkeit des lonisationsrauchmelders beeinträchtigen würden, wurde in der DE-PS 1 101 370 vorgeschlagen, gegenüber der leitfähigen Präparatunterlage eine unter Vorspannung stehende ringförmige Schutzelektrode anzuordnen. Das dadurch entstehende elektrische Feld soll die Bildung von Niederschlägen auf der radioaktiven Quelle verhindern.

Bei dem lonisationsrauchmelder gemäss DE-B2 2 423 046 dient ein Schutzringsystem zur Meldung eines durch Betauung oder Verstaubung verringerten Isolationswiderstandes der lonisationsmesskammer. Eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen dem Schutzringsystem und dem Verbindungspunkt zwischen Mess- und Referenzkammer wird von der Zentrale als Störung ausgewertet.

In der US-A 3 964 036 ist ein Brandmeldesystem beschrieben, bei dem eine zum Nachweis von Rauch dienende Messionisationskammer und eine zweite Ionisationskammer, die als Referenzkammer dient, in Reihe zwischen zwei gleichzeitig der Stromversorgung des Melders dienende Leitungen geschaltet sind. An der gemeinsamen Elektrode von Mess-und Referenzkammer ist ein Verstärkungselement angeschlossen, welches in Abhängigkeit von dem Potential der gemeinsamen Elektrode ein verstärktes Signal abgibt. Der Verlauf des verstärkten Si-

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gnals des lonisationsrauchdetektors wird auf einem Anzeigegerät sichtbar gemacht und von einem Schreibgerät aufgezeichnet. Ein Fehlalarm wird von einem echten Alarm dadurch unterschieden, dass der erhaltene Signalverlauf mit bekannten durch Verschmutzung oder Betauung erhaltenen Kurven verglichen wird. Diese Art der Fehlalarmerkennung ist technisch und personell sehr aufwendig.

Um die Nachteile der in den vorstehend erwähnten Patentschriften beschriebenen Brandmeldesysteme zu vermeiden, wurde in der nicht-vorveröf-fentlichten EP-PA 90 117 759.2 eine Brandmeldeanlage vorgeschlagen, die eine erhöhte Sicherheit gegen Fehlalarme aufweist, insbesondere gegen solche, die durch Abdeckung der radioaktiven Quelle, z.B. durch Verstaubung oder Betauung, entstehen. Dies wird dadurch erreicht, dass bei einer Brandmeldeanlage mit lonisationsrauchmeldern, die eine lonisationsmesskammer, welche in Serie mit einem linearen Widerstand zwischen zwei gleichzeitig der Spannungsversorgung dienende Meldelinien geschaltet ist, die Betriebsspannung der lonisationsrauchmelder und damit die Kammerspannung der lonisationsmesskammer heraufgesetzt wird, wenn sich der lonenstrom in der lonisationsmesskammer erniedrigt hat. Aus dem Strom, der bei der erhöhten Betriebsspannung, die so hoch angesetzt wird, dass die lonisationsmesskammer möglichst im Sättigungsbereich arbeitet, fliesst, kann festgestellt werden, ob sich der Sättigungsstrom der lonisationsmesskammer gegenüber vorgegebenen Sollwerten erniedrigt hat. Ist dies der Fall, so liegt eine Störung, z.B. durch eine Abdeckung der radioaktiven Quelle vor, andernfalls wird ein Alarmsignal ausgelöst.

Die in der EP-PA 90 117 759.2 vorgeschlagene Brandmeldeanlage gestattet es, sofort und unmittelbar, sowie automatisch zu erkennen, ob es sich bei einer Änderung des lonisationsstromes in der lonisationsmesskammer um einen Fehlaiarm oder um einen echten, durch einen Brand verursachten Alarm handelt.

Die in der EP-PA 90 117 759.2 beschriebene Brandmeldeanlage weist jedoch noch den Nachteil auf, dass das Eindringen von Rauch nicht erkannt werden kann, wenn eine Abschwächung der Ionisation durch eine Betauung der radioaktiven Quelle erfolgt ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu beseitigen, d.h. die in der EP-PA 90 117 759.2 beschriebene Brandmeldeanlage so zu verbessern, dass auch bei abgedeckter radioaktiver Quelle das Auftreten von durch einen Brand verursachten Rauch mit Sicherheit erkannt werden kann.

Dies wird erfindungsgmemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Brandmeldeanlage sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Brandmeldeanlage besteht darin, dass die Mittel zur periodischen Veränderung der Betriebsspannung der lonisationsrauchmelder und die Mittel zu Signalauswertung in den lonisationsrauchmeldern angeordnet sind.

Gemäss einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemässen Brandmeldeanlage sind die Mittel zur periodischen Veränderung der Betriebsspannung der lonisationsrauchmelder und die Mittel zur Signalauswertung in der Signalzentrale angeordnet.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Brandmeldeanlage besteht darin, dass in den Brandmeldern Mittel vorgesehen sind, die das Ausgangssignal des Verstärkerelementes der lonisationsrauchmelder zur Signalzentrale übermitteln, dass in der Signalzentrale Mittel zur Auswertung der übermittelten Signale vorgesehen sind und dass die Mittel zur Veränderung der Betriebsspannung der lonisationsrauchmelder in den Brandmeldern vorgesehen sind.

Die wesentliche Verbesserung der Brandmeldeanlage der vorliegenden Erfindung gegenüber der Brandmeldeanlage gemäss EP-PA 90 117 759.2 besteht darin, dass die Betriebsspannung der lonisationsrauchmelder nicht bleibend auf einen höheren Wert gesetzt wird, wenn der lonenstrom in der lonisationsmesskammer unter einen vorbestimmten Wert absinkt, sondern dass das Ausgangssignal des Verstärkerelementes durch einen konstanten Wert dividiert wird, dass die Betriebsspannung periodisch zwischen einem höheren und einem tieferen Wert umgeschaltet wird, solange der lonenstrom in der lonisationsmesskammer unter dem genannten Wert bleibt und dass die Ausgangssignale des Verstärkerelementes bei niedriger und hoher Betriebsspannung ständig miteinander verglichen werden. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes bei niedriger Betriebsspannung kleiner ist als das Ausgangssignal bei hoher Betriebsspannung und wenn es gleichzeitig über einem vorbestimmten Wert, d.h. oberhalb der Alarmschwelle des Brandmelders, liegt, dann erfolgt die Verminderung des lonenstroms in der Messionisationskammer nicht auf Grund einer Abdeckung der radioaktiven Quelle, und es wird ein Alarm ausgelöst.

Im Normalbetrieb der Brandmeldeanlage liegt an der lonisationsmesskammer der Brandmelder eine Betriebsspannung, welche den Arbeitspunkt der Messkammer so festlegt, dass sie in einem Bereich hoher Rauchempfindlichkeit betrieben wird. Bei einem Absinken des lonenstroms in der lonisationsmesskammer wird ein Signal ausgelöst, von dem nicht sicher ist, ob es durch das Eindringen von Rauch in die Messkammer oder durch andere Ereignisse, die in gleicher Weise eine Verminderung des lonenstroms bewirken, verursacht wird. Jetzt wird die Betriebsspannung der Messkammer abwechselnd auf einen Wert erhöht, der so hoch liegt, dass die Messkammer möglichst in Sättigung betrieben wird und dann wieder auf den Normalwert abgesenkt. Der fortdauernde Vergleich der bei verschiedenen Kammerspannungen gemessenen lo-nenströme ermöglicht es, einen Alarm auch dann zu erkennen, wenn die radioaktive Quelle abgedeckt ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brandmeldeanlage gemäss EP-PA 90 117 759.2,

Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemässen Brandmeldeanlage und

Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausgestaltung einer erfindungsgemässen Brandmeldeanlage.

Fig. 4a-4c graphische Darstellungen des Ausgangssignals des Verstärkerelements in Abhängigkeit von der Zeit bei verschiedenen lonenströmen.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Brandmeldeanlage gemäss EP-PA 90 117 759.2. Der lonisationsrauchmelder 7 weist eine lonisationsmesskammer 1 mit Raucheintrittsöffnungen auf, welche den Zutritt der Umgebungsluft zu der Messkammer 1 gestatten. In der Messkammer 1 befindet sich eine radioaktive Quelle 10 zur Ionisierung der Luft in der Messkammer 1. Die lonisationsmesskammer 1 liegt in Reihe mit einem hochohmigen Arbeitswiderstand 2 zwischen zwei Meldelinien 8, 9, die gleichzeitig zur Spannungsversorgung dienen. Der Arbeitswiderstand 2 zeigt im Gegensatz zu einer Referenzionisationskammer eine lineare Strom/Spannungs-Cha-rakteristik.

Am Verbindungspunkt zwischen lonisationsmesskammer 1 und Arbeitswiderstand 2 ist ein Verstärkerelement 3 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkerelementes 3 ist mit jeweils einem Eingang zweier Komparatoren 15, 16 verbunden. An dem zweiten Eingang des ersten Komparators 15 liegt die Spannung Us1, welche die Alarmschwelle des loni-sationsrauchmelders 7 bestimmt; am zweiten Eingang des zweiten Komparators 16 liegt die Spannung Us2, welche die Überwachungsschwelle für den Sättigungsstrom Is bestimmt. Der Ausgang des ersten Komparators 15 ist mit einem Monoflop 5, dessen Zeitkonstante grösser ist, als die zur Überwachung des Sättigungsstromes erforderliche Zeit, verbunden; der Ausgang des Monoflops 5 ist einerseits mit einem an die die positive Versorgungsspannung +U liefernde Meldelinie 8 angeschlossenen Spannungsgenerator 11, andererseits mit einem Eingang eines UND-Tors 12 verbunden. Der Ausgang des zweiten Komparators 16 ist mit dem anderen Eingang des UND-Tors 12 verbunden. Der Spannungsgenerator 11 dient zur Erzeugung zweier unterschiedlicher Spannungen auf der der Spannungsversorgung dienenden Meldelinie 8. Der Ausgang des UND-Tors 12 ist mit einem bistabilen Schalter 13 verbunden, der über eine weitere Meldelinie 14 mit der Signalzentrale 6 verbunden ist.

Im Normalzustand erzeugt der Spannungsgenerator 11 an seinem Ausgang eine Spannung U1, die den Arbeitspunkt der Messkammer 1 festlegt. Dieser Wert ist so gewählt, dass die Messkammer 1 in einem Bereich hoher Rauchempfindlichkeit betrieben wird. Der Messkammerstrom erzeugt an dem Arbeitswiderstand 2 einen Spannungsabfall UO. Ändert sich der lonenstrom in der lonisationsmesskammer 1, so ändert sich auch das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 entsprechend. Bei einem Absinken des lonenstroms, z.B. auf den Wert Ia1 wird durch den Spannungsgenerator 11 die Betriebsspannung erhöht, und der Strom bei dieser erhöhten Spannung wird gemessen. Wenn jetzt ein erhöhter Strom Ia2 festgestellt wird, so war das Eindringen von Rauch der Grund für die Stromerniedrigung, und das Signal wird als Alarmsignal interpretiert. Ist der gemessene Strom jedoch kleiner als Ia2, so muss eine Erniedrigung des Sättigungsstroms eingetreten sein, und eine Abdeckung der radioaktiven Quelle 10 durch Betauung oder Verschmutzung muss als Grund für die Stromerniedrigung angesehen werden; das Signal wird demge-mäss nicht als Alarm interpretiert, sondern, wenn gewünscht, als Störung zur Anzeige gebracht.

Die beschriebene Brandmeldeanlage kann jedoch nicht das Eindringen von Rauch feststellen, wenn gleichzeitig oder vorgängig durch eine Abdeckung der radioaktiven Quelle 10, beispielsweise durch Betauung, eine Verringerung des lonisationsstroms erfolgt ist, da bei Auftreten einer Störung die Auslösung eines Alarms durch den zweiten Komparator 16 blockiert ist. Diese Blockierung eines gleichzeitig auftretenden echten Alarmfalls kann jedoch durch eine verbesserte Brandmeldeanlage, die im folgenden an Hand der Fig. 2 näher erläutert wird, überwunden werden.

Der lonisationsrauchmelder 7 weist ebenfalls eine lonisationsmesskammer 1 mit Raucheintrittsöffnungen, welche den Zutritt der Umgebungsluft zu der Messkammer 1 gestatten, auf. In der Messkammer 1 befindet sich eine radioaktive Quelle 10 zur Ionisierung der Luft in der Messkammer 1. Zwischen zwei Meldelinien 8, 9, die gleichzeitig zur Spannungsversorgung dienen, liegt die lonisationsmesskammer 1 in Reihe mit einem hochohmigen Arbeitswiderstand 2 der eine lineare Strom/Spannungs-Charakteristik zeigt. Am Verbindungspunkt zwischen lonisationsmesskammer 1 und Arbeitswiderstand 2 ist ein Verstärkerelement 3 angeschlossen.

In der ersten Meldelinie 8 liegt ein Spannungsgenerator 11, durch den die Versorgungsspannung +U des lonisationsrauchmelders 7 zwischen zwei Werten Ut und Uh umgeschaltet werden kann; wobei die Spannung Ut (=tiefe Spannung) so gewählt wird, dass die lonisationsmesskammer 1 im Bereich hoher Rauchempfindlichkeit arbeitet und die Spannung Uh (=hohe Spannung) so gewählt wird, dass die lonisationsmesskammer möglichst im Sättigungsbereich arbeitet. Geeignete Werte für die beiden Spannungen sind zum Beispiel Ut = 4 Volt und Uh = 20 Voit.

Im Gegensatz zu der Brandmeldeanlage gemäss EP-PA 90 117 759.2 ist jedoch bei der erfindungsgemässen Brandmeldeanlage der Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit einem Umschalter 23 verbunden, der das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 wechselweise mit zwei Divisionsschaltungen 26, 27 verbindet. In der ersten Divisionsschaltung 26 wird das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 durch einen konstanten Wert dividiert und zwar durch einen Wert Ua, der in der Fabrik fest eingestellt wird. Dieser Wert Ua entspricht dem Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 bei niedriger Betriebsspannung Ut. Dies bedeutet, dass das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 26 im Normalfall Eins ist.

In der zweiten Divisionsschaltung 27 wird das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 durch einen anderen konstanten Wert dividiert und zwar

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durch einen Wert Ub, der ebenfalls in der Fabrik fest eingestellt wird und dem Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 bei der höheren Betriebsspannung Uh entspricht. Diese durch Division erhaltenen Werte werden im folgenden als «normalisierte» Werte bezeichnet.

Die Ausgänge der beiden Divisionsschaltungen 26, 27 sind jeweils mit zwei Momentanwertspeichern

24, 25 verbunden, in denen das in den Divisons-schaltungen 26, 27 jeweils durch einen konstanten Wert dividierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 («normaliserter» Wert) so lange gespeichert wird, bis nach dem nächsten Umschalten jeweils ein neuer Wert an den Eingang des entsprechenden Momentanspeichers 24,26 gelegt wird.

Synchron mit der Umschaltung der Betriebsspannung auf die beiden Werte Ut und Uh steuert der Spannungsgenerator 11 den Umschalter 23 so, dass er den Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit der ersten Divisionsschaltung 26 und dem ersten Momentanwertschalter 24 verbindet, wenn die Spannung Ut anliegt und mit der zweiten Divisionsschaltung 27 und dem zweiten Momentanwertspeicher

25, wenn die Spannung Uh anliegt. Der Ausgang des ersten Momentanwertspeichers 24 (welcher dem Signal bei der tiefen Spannung Ut entspricht) ist mit den -Eingängen von vier verschiedenen Komparatoren 15, 16, 22, 28 verbunden. An den +Eingang des ersten Komparators 15 ist eine Spannung Us1 gelegt, welche die Alarmschwelle des loni-sationsrauchmelders 7 darstellt und an den +Eingang des zweiten Komparators 16 ist eine Spannung Us2 gelegt, welche die Überwachungsschwelle des lonisationsrauchmelders 7 darstellt. Während der eine Eingang des dritten Komparators 22 mit dem Ausgang des ersten Momentanwertschalters 24 verbunden ist, ist der andere Eingang des dritten Komparators 22 mit dem Ausgang des zweiten Momentanwertspeichers 25 verbunden, d.h. im dritten Komparator 22 werden die beiden normalisierten Ausgangssignale des Verstärkerelementes 3 miteinander verglichen. Sein Ausgang ist einerseits mit einem ersten UND-Tor 12 andererseits mit dem invertierenden Eingang eines zweiten UND-Tors 17 verbunden, an dessen anderem nicht-inver-tierenden Eingang der Ausgang des zweiten Komparators 16 liegt. Die Ausgänge der beiden UND-Tore 12, 17 sind mit einem Übermittelungsschaltkreis 18 verbunden, dessen Ausgangssignal über eine weitere Meldelinie 14 an die Signalzentrale 6 weitergeleitet wird.

In dem vierten Komparator 28 wird das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 mit einer Spannung UsO verglichen. Der Wert von UsO ist grösser als die Alarmschwelle Us1 und die Überwachungsschwelle Us2; sie stellt den Wert des normalisierten Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 dar, bei welchem der Spannungsgenerator 11 die Betriebsspannung auf der Meldelinie 8 umschaltet. Ist der Wert des normalisierten Ausgangssignals des Verstärkerelementes 3 grösser als die Spannung UsO, dann ist der Ausgang am vierten Komparator 28 Logikzustand NULL. Der Spannungsgenerator 11 ist so aufgebaut, dass in diesem Fall eine konstante Spannung Ut erzeugt wird. Ist der Wert des normalisierten Ausgangssignals des Verstärkerelementes 3 bei niedriger Spannung Ut kleiner als UsO, dann ist der Ausgangszustand des vierten Komparators 28 Logik EINS. Dieses Signal wird an den Spannungsgenerator 11 weitergeleitet und veranlasst diesen, die Betriebsspannung U+ auf der Meldelinie 8 periodisch zwischen der tiefen Spannung Ut und der hohen Spannung Uh umzuschalten. Da der Spannungsgenerator 11 auch den Umschalter 23 ansteuert, wird synchron das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 abwechselnd (bei tiefer Spannung Ut) der ersten und (bei hoher Spannung Uh) der zweiten Divisionsschaltung zugeleitet.

Im Normalzustand erzeugt der Spannungsgenerator 11 an seinem Ausgang eine Spannung Ut, die den Arbeitspunkt der Messkammer 1 festlegt. Dieser Wert Ut ist so gewählt, dass die Messkammer 1 in einem Bereich hoher Rauchempfindlichkeit betrieben wird. Der Messkammerstrom erzeugt an dem Arbeitswiderstand 2 einen Spannungsabfall UO. Da der Spannungsgenerator 11 die Spannung Ut abgibt, ist der Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit der ersten Divisionsschaltung 26 verbunden, in welcher das Signal durch den konstanten Wert Ua dividiert wird. Das so normalisierte Signal liegt an den -Eingängen der vier Komparatoren 15, 16, 22, 28 an. Da das Signal grösser als die Spannung ÜsO ist, bleibt die Spannung auf der Meldelinie 8 auf dem Wert Ut und durch den Schalter 23 bleibt der Ausgang des Verstärkerelementes 3 mit der Divisionsschaltung 26 verbunden. Da sich das am Ausgang des ersten Momentanwertspeichers 24 anstehende, normalisierte Signal sowohl oberhalb der Alarmschwelle Us1 als auch oberhalb der Überwachungsschwelle Us2 befindet, sind die Ausgangssignale sowohl am ersten Komparator 15 als auch am zweiten Komparator 16 NULL. Demzufolge sind die Ausgänge beider UND-Tore 12, 17 ebenfalls NULL. Es wird weder ein Alarm- noch ein Störungssignal zur Signalzentrale 6 übermittelt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Brandmeldeanlage wird am besten an Hand der Fig. 4 näher erläutert. Auf der Ordinatenachse ist die normalisierte Ausgangsspannung U/Ua, bzw. U/Ub des Verstärkerelementes 3 aufgetragen, während auf der Abszissenachse die Zeit aufgetragen ist. Die Kreuzchen x stellen die normalisierte Ausgangsspannung U/Ua des Verstärkerelementes 3 bei niedriger Betriebsspannung Ut dar, und die kleinen Kreise o stellen die Ausgangsspannung U/Ub des Verstärkerelementes 3 bei erhöhter Betriebsspannung Uh dar.

Ändert sich der lonenstrom in der lonisationsmesskammer 1, so ändert sich auch das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 entsprechend. Bei einem Absinken des lonenstroms vermindert sich das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 ebenfalls. Angenommen, das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 sinkt so weit ab, dass der vierte Komparator 28 in den Logikzustand EINS schaltet, dann schaltet der Spannungsgenerator 11 in den zweiten Betriebszustand, d.h. er schaltet die Spannung auf der Meldelinie 8 periodisch (mit einer Schaltfrequenz von 0,25 bis

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1 Hz) zwischen dem niedrigeren (normalen) Wert Ut und dem höheren Wert Uh hin und her. Synchron wird der Umschalter 23 betätigt, so dass das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 abwechselnd mit der ersten 26 oder der zweiten Divisionsschaltung 27 verbunden wird. Die normalisierten Ausgangssignale stehen an den Ausgängen der Momentanwertspeicher 24, 25 an und werden in dem dritten Komparator 22 miteinander verglichen.

Im folgenden werden die drei wichtigsten Fälle an Hand der Fig. 4 näher erläutert:

1. Es dringt Rauch in den Melder ein, ohne dass die Quelle 10 abgedeckt ist (Normaler Brandfall).

2. Es erfolgt eine Betauung der Quelle 10, ohne dass Rauch in die lonisationsmesskammer eingedrungen ist und zwar erfolgt die Betauung in einem Ausmass, dass ein Alarmfall vorgetäuscht würde (Störung).

3. Es erfolgt eine Betauung der Quelle 10, was eine Störungsmeldung des Melders bewirken würde, aber gleichzeitig dringt Rauch in die lonisationsmesskammer 1 ein (Rauchdetektion trotz Betauung).

Fall 1) Normaler Brandfall

Es wird der Fall angenommen, dass der Brandmelder in funktionsfähigem Zustand ist, d.h. dass keine Abdeckung der radioaktiven Quelle 10 erfolgt ist. Das normalisierte Ausgangssignal (U/Ua) des Verstärkerelementes 3 ist demzufolge EINS (Fig. 4a, links vom Punkt P). Dringt jetzt ein Brandaerosoi (Rauch) in die lonisationsmesskammer 10 ein (Punkt P), so verringert sich der lonenstrom in der lonisationsmesskammer 10 und das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 verringert sich entsprechend, bis der Wert von UsO (Umschaltschwelle) erreicht wird (Fig. 4a, Punkt Q), der vierte Komparator 28 schaltet in den Logikzustand EINS und der Spannungsgenerator schaltet in den zweiten Betriebszustand, d.h. er schaltet die Versorgungsspannung +U ständig zwischen dem niedrigen Wert Ut und dem höheren Wert Uh um. Da die normalisierten Ausgangssignale (Fig. 4a, Kurve A) des Verstärkerelementes 3, die am ersten Momentanwertspeicher 24 anstehen, d.h. die bei niedriger Versorgungsspannung +U gemessenen Werte, niedriger sind als die normalisierten Ausgangssignale (Fig. 4, Kurve B) des Verstärkungselements 3 bei erhöhter Versorgungsspannung +U, die am ersten Momentanwertspeicher 24 anstehen, ist der Logikzustand des dritten Komparators 22 EINS. Unterschreitet das Signal am ersten Momentanwertspeicher 24 gleichzeitig die Alarmschwelle Us1, dann ist der Logikzustand des ersten Komparators 15 ebenfalls EINS; als Folge davon wird auch der Logikzustand des ersten UND-Tors 12 EINS, und es wird ein Alarmsignal zur Signalzentrale 6 übermittelt.

Fall 2) Betauuna der Quelle 10 ohne Rauch (Störunosfalh

Es wird der Fall angenommen, dass die radioaktive Quelle in der lonisationsmesskammer (10) aus irgendeinem Grund abgedeckt ist, beispielsweise durch Betauung (Fig. 4b). Der lonenstrom in der lonisationsmesskammer sinkt infolge der geringeren Ionisation der Luftmoleküle in der Kammer ab. Demzufolge wird das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 zu irgendeinem Zeitpunkt (Fig. 4b, Punkt Q) unter die Umschaltschwelle UsO sinken, und der Spannungsgenerator 11 schaltet die Versorgungsspannung +U zwischen dem normalen und dem erhöhten Wert hin und her. In diesem Fall ist jedoch das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3, das am ersten Momentanwertspeicher 24 (niedrige Versorgungsspannung) ansteht, grösser als das entsprechende Signal bei erhöhter Versorgungsspannung Uh; demzufolge ist der Logikzustand des dritten Komparators 22 NULL. Unabhängig davon, ob der erste Komparator 15 den Logikzustand NULL oder EINS hat, ist der Logikzustand des ersten UND-Tors 12 NULL, so dass kein Alarmsignal zur Signalzentrale 6 übermittelt wird. Unterschreitet das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 gleichzeitig den Wert für die Überwachungsschwelle Us2, dann nimmt der zweite Komparator 16 den Logikzustand EINS an. Wegen der Umkehrung des Ausgangszustands des dritten Komparators 22 am Eingang des zweiten UND-Tors 17 nimmt auch dieses den Logikzustand EINS an, und es wird ein Störungssignal zur Signalzentrale 6 übermittelt.

Fall 3) Detektion von Rauch bei gleichzeitiger Betauuna

Es bleibt der dritte Fall zu betrachten, bei dem der lonisationsrauchmelder 7 durch eine Abdeckung (Betauung) der radioaktiven Quelle 10 in der lonisationsmesskammer (10) in seiner Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird und gleichzeitig tritt Rauch in die lonisationsmesskammer (10) ein. In diesem Fall ist durch die Verminderung des lonisations-stroms in der lonisationsmesskammer (10) das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 so weit vermindert, dass der Wert von UsO unterschritten wird (Fig. 4c, Punkt Q); der vierte Komparator 28 schaltet in den Logikzustand EINS und der Spannungsgenerator schaltet in den zweiten Betriebszustand, d.h. er schaltet die Versorgungsspannung +U ständig zwischen dem niedrigen Wert Ut und dem höheren Wert Uh um (Fig. 4c, zwischen den Punkten Q und P). Unterschreitet das normalisierte Ausgangssignal des Verstärkerelementes 3 gleichzeitig den Wert für die Überwachungsschwelle Us2, dann wird, wie oben für den Fall (2) beschrieben, ein Störungssignal ausgelöst.

Dringt jetzt ein Brandaerosol (Rauch) in die lonisationsmesskammer 10 ein (Fig. 4c, Punkt P), so verringert sich der lonenstrom in der lonisationsmesskammer 10 weiter, jedoch wird das normalisierte Ausgangssignal (Fig. 4c, Kurve A) des Verstärkerelementes 3 bei normaler Versorgungsspannung Ut in stärkerem Mass verringert als das normalisierte Ausgangssignal (Fig. 4c, Kurve B) des Verstärkerelementes 3 bei erhöhter Versorgungsspannung Uh; d.h. das Verhältnis der Werte der normali-

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sierten Ausgangssignale des Verstärkungselementes 3, die an den beiden Momentanwertspeichern 24, 25 anstehen, kehrt sich um: die Werte, die am ersten Momentanwertspeicher 24 anstehen, d.h. die bei niedriger Versorgungsspannung +U gemessenen Werte, sind tiefer als die normalisierten Ausgangssignale (Fig. 4c, Kurve B) des Verstärkungselements 3 bei erhöhter Versorgungsspannung +U, die am zweiten Momentanwertspeicher 25 anstehen. Daher ist der Logikzustand des dritten Komparators 22 EINS. Unterschreitet das Signal am ersten Momentanwertspeicher 24 gleichzeitig die Alarmschwelle Us1, dann ist der Logikzustand des ersten Komparators 15 ebenfalls EINS; als Folge davon wird auch der Logikzustand des ersten UND-Tors 12 EINS, und es wird ein Alarmsignal zur Signalzentrale 6 übermittelt, obwohl die Funktionsfähigkeit des lonisationsrauchmelders 7 durch eine Betauung beeinträchtigt ist und in der Signalzentrale 6 ein Störungssignal ansteht.

Es leuchtet ohne weiteres ein, dass die Mittel zur Auswertung der Signale auch in der Signalzentrale 6 untergebracht werden können. In diesem Falle enthält der lonisationsrauchmelder 7 eine geeignete Übertragungselektronik, welche die durch das Verstärkerelement 3 verstärkte Spannung über dem Arbeitswiderstand 2 digital oder analog zur Signalzentrale 6 überträgt. Auch die Umschaltung der Betriebsspannung kann entweder von der Signalzentrale 6 aus erfolgen oder durch ein Signal von der Signalzentrale 6 im lonisationsrauchmelder 7 ausgelöst werden.

In Fig. 3 ist eine Brandmeldeanlage gemäss vorliegender Erfindung beschrieben, bei welcher der lonisationsrauchmelder 7 (wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2) eine lonisationsmesskammer 1 mit Raucheintrittsöffnungen, welche den Zutritt der Umgebungsluft zu der Messkammer 1 gestatten, aufweist. In der Messkammer 1 befindet sich eine radioaktive Quelle 10 zur Ionisierung der Luft in der Messkammer 1. Die lonisationsmesskammer liegt in Reihe mit einem hochohmigen Arbeitswiderstand 2 zwischen zwei Meldelinien 8, 9, die gleichzeitig zur Spannungsversorgung dienen. Am Verbindungspunkt zwischen lonisationsmesskammer 1 und Arbeitswiderstand 2 ist ein Verstärkerelement 3 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkerelementes 3 ist in diesem Fall jedoch mit einem Analog-Digital-Wandler 19 verbunden, der über die weitere Meldelinie 14 ein dem am Ausgang des Verstärkerelementes 3 anstehendes Analogsignal in digitaler Form an die Signalzentrale 6 weiterleitet.

In der Signalzentrale 6 wird das Digitalsignal in einem Digital-Analog-Wandler 20 in ein Analogsignal zurückverwandelt und (wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2) einem Umschalter 23 zugeführt. Die weitere Signalverarbeitung entspricht nunmehr in etwa derjenigen von Fig. 2, wobei sich der Spannungsgenerator 11 in der Signalzentrale 6 befindet.

Abwandlungen der vorbeschriebenen Schaltungen für Brandmeldeanlagen sind im Rahmen der Erfindung gemäss den Ansprüchen möglich und dem Fachmann geläufig.

Claims

Patentansprüche

1. Brandmeldeanlage mit einer Anzahl über Meldelinien (8, 9) mit einer Signalzentrale (6) verbundenen lonisationsrauchmeldern (7), wobei in jedem lonisationsrauchmelder (7) eine lonisationsmesskammer

(I), die in Reihe mit einem linearen Vergleichswiderstand (2) zwischen zwei gleichzeitig der Spannungsversorgung des lonisationsrauchmelders (7) die-. nende Meldelinien (8, 9) geschaltet ist und die in Abhängigkeit von der Brandaerosolkonzentration der umgebenden Luft ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, eine radioaktive Quelle (10) zur Ionisierung der Luft in der lonisationsmesskammer (1) und ein zur Verstärkung des Ausgangssignals der lonisationsmesskammer (1) dienendes Verstärkerelement (3) vorgesehen sind und wobei ferner eine Auswerteschaltung (12, 15, 16, 17, 18), welche ein Alarmsignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der lonisationsmesskammer (1) einen vorbestimmten Schwellenwert (Us1) unterschreitet, elektronische Mittel

(II), mit denen die Betriebsspannung (+U) des lonisationsrauchmelders (7) derart verändert werden kann, dass die lonisationsmesskammer (1) bei zwei unterschiedlichen Betriebsspannungen (Üt, Uh) betrieben werden kann und elektronische Kontrollmittel (12, 15, 16, 17, 18) zur Signalauswertung, welche die bei den beiden unterschiedlichen Betriebsspannungen (Ut, Uh) gemessenen Ströme mit vorgegeben Sollwerten vergleichen, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Mittel (11, 28) zur Veränderung der Betriebsspannung (+U) der lonisationsrauchmelder (7) vorgesehen sind, welche die Betriebsspannung (+U) periodisch zwischen einem höheren Wert (Uh) und dem Normalwert (Ut) umschalten und dass in der Auswerteschaltung ein erster (15), ein zweiter (16) und ein dritter Komparator (22) vorgesehen sind, welche so ausgelegt sind, dass die Ausgangssignale des Verstärkerelementes (3) bei normaler (Ut) und erhöhter (Uh) Betriebsspannung (+U) miteinander und mit einem vorgegebenen Wert (Us1) verglichen werden und dass über zwei den drei Komparatoren (15, 16, 22) nachgeschaltete UND-Tore (12, 17) und einen den beiden UND-Toren (12, 17) nachgeschalteten Übermittelungsschaltkreis (18) nur ein Alarmsignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) kleiner ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter einem vorbestimmten Wert (Us1) liegt.

2. Brandmeldeanlage gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärkerelement (3) ein Umschalter (23) nachgeschaltet ist, der von den Mitteln (11) zur Veränderung der Betriebsspannung ein Signal empfängt und der so ausgelegt ist, dass er den Ausgang des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) des lonisationsrauchmelders (7) mit einer ersten Divisionsschaltung (26) und einem ersten Momentanwertspeicher (24) und bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) mit einer zweiten Divisionsschaltung (27) und einem zweiten Momentanwertspeicher (25) verbindet.

3. Brandmeldeanlage gemäss Patentanspruch 2,

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CH 681 932 A5

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dadurch gekennzeichnet, dass der -Eingang des ersten Komparators (15) mit dem Ausgang des ersten Momentanwertspeichers (24) und der +Eingang mit einer ersten Vergleichsspannung (Us1), welche die Alarmschwelle des lonisationsrauchmelders (7) darstellt, verbunden sind, dass die Ausgänge der beiden Momentanwertspeicher (24, 25) mit den beiden Eingängen des dritten Komparators (22) verbunden sind, dass der -Eingang des zweiten Komparators (16) mit dem Ausgang des ersten Momentanwertspeichers (24) und der +Eingang mit einer zweiten Vergleichsspannung (Us2), welche die Überwachungsschwelle des lonisationsrauchmelders (7) darstellt, verbunden sind, dass der Ausgang des ersten Komparators (15) mit einem Eingang eines ersten UND-Tors (12) und der Ausgang des dritten Komparators (22) mit dem anderen Eingang des UND-Tors (12) und dem invertierenden Eingang eines zweiten UND-Tors (17) verbunden ist, dessen anderer nicht-invertierender Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators (16) verbunden ist und dass die genannten Schaltelemente so ausgelegt sind, dass ein Alarmsignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) kleiner ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter der ersten Vergleichsspannung (Us1) liegt und dass ein Störungssignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignai des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) grösser ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter der zweiten Vergleichsspannung (Us2) liegt.

4. Brandmeldeanlage gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (11, 28) zur Veränderung der Betriebsspannung (+U) der lonisationsrauchmelder (7) in den lo-nisationsrauchmeldern (7) angeordnet sind.

5. Brandmeldeanlage gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (11, 28) zur Veränderung der Betriebsspannung der lonisationsrauchmelder (7) in der Signalzentrale (6) angeordnet sind.

6. Brandmeldeanlage gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den lonisationsrauchmeldern (7) und der Signalzentrale (6) Übertragungsmittel (19, 20) vorgesehen sind, welche das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) zur Signalzentrale (6) übermitteln und dass die elektronischen Kontrollmittel (12, 15 bis 18, 22 bis 27) zur Signalauswertung in der Signalzentrale (6) vorgesehen sind.

7. Verfahren zur Detektion von Bränden mittels einer Brandmeldeanlage, welche lonisationsrauchmelder (7) und eine durch Meldelinien (8, 9), die gleichzeitig der Spannungsversorgung dienen, mit den lonisationsrauchmeldern (7) verbundene Signalzentrale (6) aufweist, wobei in den lonisationsrauchmeldern (7) eine lonisationsmesskammer, die eine radioaktive Quelle (10) zur Ionisierung der Luft enthält und die in Abhängigkeit von der Brandaerosolkonzentration der umgebenden Luft ein elektrisches Ausgangssignal abgibt in Reihe mit einem linearen Widerstand (2) zwischen die Meldelinien (8,

9) geschaltet ist und ein zur Verstärkung des Ausgangssignals der lonisationsmesskammer (1) dienendes Verstärkerelement (3) vorgesehen sind und wobei ferner eine Auswerteschaltung, weiche ein Alarmsignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der lonisationsmesskammer (1) einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung (+U) der lonisationsrauchmelder (7) periodisch zwischen einem erhöhten Wert (Uh) und dem Normalwert (Ut) umgeschaltet wird, wenn das Ausgangssignal der lonisationsmesskammer (1) nach Verstärkung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, dass ein Alarmsignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) kleiner ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter einer ersten Vergleichsspannung (Us1) liegt und dass ein Störungssignal weitergeleitet wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkerelementes (3) bei niedriger Betriebsspannung (Ut) grösser ist als das Ausgangssignal bei erhöhter Betriebsspannung (Uh) und wenn es gleichzeitig unter einer zweiten Vergleichsspannung (Us2) liegt.

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