Детектор дыма Советский патент 1984 года по МПК G08B17/10 

Изобретение относится к технике обнаружения продуктов горения газов и аэрозолейf находящихся в воздухе, и может быть использовано с целью индикации экологических загрязнений воздушного бассейна, для контроля безопасности условий труда в некоторых производстваху а также противопожарной аварийной сигнализации.

Известан детектор дыма, содержавши измерительный мост, в который вк,1почены два измерительньах канала, один из которых является опорньвд (базовьт) ,, а другой - рабочим {дш«1Овым) 1

Недостатком известного устройства является невозможность селективного измерения различнь х компонент дыма,

Наиболее близким к предлагаемому является детектор дыма, содержа1дий светоизлучающий элемент, оптически связанный со светоизолированньил o-s постороннего света фотоприемникс, ионизационную камеру с радиоактивным источником излучения и электродами, расположенными на противоположных сторонах ионизационной камеры и соединенными с выключателем источника электропитания светоиэлучаклчего элемента 2 Указанный датчик не обеспечивает компенсацию изменения и:онизационно го тока от внешнего давления, поэтому в не.м невоз-можно установить низкий порог регистрации уровня комповент дыма во избежание ложных срабатываний сигнального устройства, .обуС иювленных возможными вариациями давлания окружающего воздуха

Цель изобретения -- повышение точности детектора путем устранения зависимости от давления воздуха покаэаний детектора и обеспечение селективности регистрации различных компонент дыма о

Поставленная цель достигается тем что в детектор дыма, содержащий светойзлучаюн ий элемент, оптически связанный со светоиэолнроаанньа 4 от постороннего света фотоприемником, ионизационную камеру с радиоактирним источником излучения и элект|юдаю{, расположенными на противоположных сторонах ионизационной и первый индикатору введены второй фотоприемкику дифференциальный усилитель сумгадатор, два корректирх ощих .блока, второй индикатор и световод, в качестве радиоактивного источника излучения использован источник бета-излучения., а светоизлучающий элемент выполнен в виде плоской Ш1астины установленной на расстояний длины среднего пробега бета-частиц от источника бета-излучения, оптически связанная с фотоприемником сторона плоской пластины обращена к источнику бета-излученияр а другая сторона

через световод оптически связана с вторым фотоприемником, выходы фотоприемников подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому Мерителю, иэмб:рительный электрод ионизационной камеры подключен через, один корректирующий блок к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен через другой корректирующий блок выход одного из фотоприемников, а к выходу сумматора подключен второй индикатор.

На фиг. 1 схематически изображены ионизационная камера и оптические элементы детектора дыма; на фиг. 2 графики изменения токов и их отношений в зависимости от изменения атмосферного давления, а также концентрации газового и аэрозольного компонен дыма; на фиг 3 - функциональная схема детектора дыма.

Детектор дыма содержит электроды 1 и 2, плоскую пластину {светоизлучающий элемент) 3, перед КОТОЕЯЛМ расположен источник 4 бета-иэлучения и фотоприемник 5, фотоприемник б посредством световода 7 оптически соеднен плоской пластиной 3, перечисленные элементы окружены светонепроницаемой , но доступной для проникновения в нее внешнего газа ионизационной камерой, состоявцей из корпуса 8 и наружного кожуха 9 с вентиляционными отверстиями 10.

На фиг. 2 кривой 11 показано изменение в относительных единицах величины токов 3, и Зд , снимаемых с фотоприемников 5 и 6, кривой 12 изменение ионизационного тока Л , снимаемого с электрода 2 е зарисимости от атмосферного давления, кривой 13 показано изменение токов D4 и 2 , а кривой 14 - тока З- в зависимости от концентрации Ср входящего в состав дыма газового компонента, кривой 15 - изменение 3, уртл8ОЙ 16 - изменение тока J и кривой 17 - изменение тока З s зависимости от концентрации Сд аэрозольного компонента контролируемого дыма Кривая 18 показывает изменение отношения токов 3 /3 кривая 19 изменение отношения токов 3 /3j в зависимости от давления Р, кривая 20 изменение отнслиений , г кривая 21 - изменение отношения в зависимости от концентрации C;f., кривая 22 изображает изменение отношения токов , кривая 23 и кривая 24 в зависимости от концентрации Gg.

Устройство содержит усилители 25 27, дифференциальный усилитель 28, корректируквдие блоки 29 и 30, сумматор 31, индикаторы 32 и 33.

Электроды 1 и 2 предназначены для создания электрического поля в

измеряемом газе, к электроду i подводится постоянное напряжение порядка 200-400 В, а с электрода 2 снимается сигнал от ионизационного тока, плоская пластина 3 при облучении бета-частицами от источника 4,является светоизлучакхцим элементом, световое излучение которого, проходящее через газовую среду, регистрируется фотопр емником 5, а фотоприендаик 6 предназначен для регистрации излучения сцинтиллятора 3 непосредственно через световод 7. Корпус 8, ксжух 9 и смещенные друг относительно друга отверстия 10 обеспечивают светонепроницаемость и одновременно доступ окружакицего воздуха в ролость камеры. Возможен и другой вариант исполнения, при котором камера имеет прокачивающее устройство.

Кривая 11 (фиг. 2) имеет спадающий ход изменения вследствие того, что при повышении давления будет уменьшаться число бета-частиц, достигающих поверхности плоской пластины 3 и световое излучение ее будет уменьшаться. Кривая 12 имеет возрастающий ход с давлением за счет увеличения плотности ионизации в газе. В случае альфа-излучателя зависимост от давления была бы спадающей, т.е. применение в устройстве источника бета-излученяя является непременным Ход кривой 13 определяется независимостью поглощательной способности бета-частиц от парциальных давлений компонент газа при неизменном общем давлении. Ход кривой 14 объясняется известным явлением уменьшения ионизационного тока при попадании в объем ионизационной камвЕ« электрозахватных газов. Крутое спадание кривой 15 при увеличении концентрации аэрозольного компонента объясняется двумя явлениями - увеличением поглощательного и рассеивающего эффектов для бета-частиц, а также ростом экстинкции для оптического излучения, направленного от пластины 3 к фотоприемнику 5. Кривая 16 имеет меньший наклон, так как на нее действует только первая из вышеуказанный причин. Наклоном кривой 17 практичес ки можно пренебречь вследствие относительно малой численной концентрации аэрозоля. Кривые 18-24 представляют соответствующие отношения токов . При построении графиков зависимости от Р нормированы на нормальное атмосферное давление, а зависимости от концентраций Cj. и CQ - на нулевые или минимально допустимые для измерения концентрации указанных компонент.

Устройство работает еледукнцим образом.

Усилители постоянного тока 25 27 обеспечивают усиление сигналов,

а также нормирование сигналов от токов D( ,3-2 , 3 , снимаемых с фотоприемников 5 и 6 и электрода 2 соответственно, выдает сигнал, определяе№лй отнсядением измеряемых токов tl:(/3. Индикаторы 32 и 33, показывающие величины Си и С, могут быть стрелочными или цифровыми вольтметрами для визуального отсчета или автоматическими электронными потенциометрами для записи изменений состава газа в течение времени. Таким образом, устройство по трем измеряемым величинам 3, Л ,3-3 определяет концентрации CQ и Сг, третья неизвестная величина Р может быть исключена. Зависимости между измеряемыми токами и неизвестными переменными С, Ср, Р задается графиками согласно ,фиг. 2. Ввиду того, что не зависит от концентрации С г и давления Р, то из сопоставления фиг. 2 и фиг. 3, что показания индикатора 32 будут пропорциональны концентрации Сд. Величина концентрации и Cf- определяется из соотношения токов, взятых с учетом пропорциональности согласно формуле

йСгф: - /) 571 (/Усг) 7

где & Cf- - изменение определяемой концентрации газовой компоненты дыма йЗ-;/ ЛЗ - изменение ионизационного

и фототоков соответственно, у ,7 iJfi.yr коэффициенты пропорциональности, определяе1«ле наклоном кривых 12, 11 и 20 соответственно. Кривые11 и 12 в достаточно широком интервале изменений давления от 700 до 1400 гПа являются практически прямыми, т.е. У и у постоянны, а кривая 20 незначительно изменяет свой наклон с изменением J сг и может быть аппроксимирована как прямая со средним углом наклона с . Блоки 29 и 30 являются корректирующими, они изменяют поступакхций на них сигнал на требуемую величину, а именно в JJ-ilJJrifcn) (/Усг) раз соответственно. Назначение сумматора 31 заключается в сложении (с учетом знака) сигналов; поступающих на его входы, и вьадаче результата на индикатор 33. Из фиг. 1 видно, что эффективность взаимодействия бета-частиц со сцинтиллятором будет зависеть от наклона диска 3 относительно осевой линии, т.е. от величины угла oS , следовательно, задавая различные углы Л , можно изменять параметры детектора. В качестве светоизлучателя 3 могут быть использованы различные сцинтилляторы, например, антрацен или стильбен. Световод может быть выполнен из пластмассы, в качестве фотоприемников могут быть использованы фотоэлектронные умножители или фотоэлементы.

Существенным параметром устройства для обнаружения дыма является их пороговая чувствительность, стабильность показаний при длительных измерениях, а также селективность индикации различных компонент смеси газов и аэрозольных частиц. Наличие сцинтиллятора, излучение которого, возбуждаемое бета-частицами, регист рируется двумя фотоприемниками непосредственно и через исследуемую

среду, и одновременная регистрация ионизационного тока устраняют зави- симость показаний прибора от внешнего давления.и, таким образом, повышают чувствительность, а также обеспечивают селективность измерений различных компоненте

Экономический эффект от использования изобретения обуславливается его техническими особенностями, изложенныг ш выше.

ДЕТЕКТОР ДЫМА, содержащий светоизлучающий элемент, оптически связанный со светоизолированным от постороннего света фотоприемником, ионизационную камеру с радиоактивным источником излучения и электродами, расположенными на противоположных сторонах ионизационной камеры, и индикатор, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности детектора дыма, в него введены второй фотоприемник, дифференциаль-. ный усилитель, сумматор, два корректирующих блока, второй индикатор и световод, в качестве радиоактивного источника излучения использован источник бета-излучения, а светоизлучакяций элемент выполнен в виде плоской пластины, установленной на расстоянии длины среднего пробега бетачастиц от источника бета-излучения, оптически связанная с фотоприемником сторона плоской пластины обращена к источнику бета-излучения, а другая сторона через световод оптически связана с вторым фотоприемником, выходы фотоприемников подключены к входам дифференциального усилителя, выход g которого подключен к первому измери- телю, измерительный электрод ионизационной камеры подключен через один корректирующий блок к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен через другой корректирующий блок выход одного из фотоприемников, а к выходу сумматора подключен второй индикатор.

W

J