Wärmesensor

Abstract

 Wärmesensor mit einer mindestens einen tem- (M1 +A1) verbunden ist, und mit einer zweiten, freperaturabhängigen Widerstand (HL) enthaltenden, an quenzgangkompensierten Verstärkerschaltung (V2), eine Spannungsversorgung (+ Ub-Ub) angeschlosse- die eingangsseitig über eine Hochpaßschaltung nen Widerstandsanordnung (R1,HL), mit einer ersten (C1,R4) mit der Widerstandsanordnung (R1,HL) und Verstärkerschaltung (V1), die eingangsseitig mit der ausgangsseitig mit einer zweiten Meß-und Auswerte-Widerstandsanordnung (R1,HL), und ausgangsseitig schaltung (M2+A2) verbunden ist. mit einer ersten Meß-und Auswerteschaltung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmesensor mit einer mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand enthaltenden, an eine Spannungsversorgung angeschlossenen Widerstandsanordnung, und mit einer ersten Verstärkerschaltung, die eingangsseitig mit der Widerstandsanordnung und ausgangsseitig mit einer ersten Meß- und Auswerteschaltung verbunden ist.

[0002] Für die automatische Brandentdeckung ist die durch ein Feuer entstehende Wärme ein naheliegendes Kriterium. Jedoch führen auch viele andere Wärmequellen als ein Schadenfeuer zu Temperaturerhöhungen, wie z.B. Sonneneinstrahlung, Heizungen, diverse Arbeitsprozesse und vieles andere mehr, so daß es nicht möglich ist, allein aufgrund einer kleinen Temperaturerhöhung auf ein Schadenfeuer zu schließen und die Feuerwehr zu alarmieren. Dies gilt besonders, wenn man bereits sehr kleine Feuer entdecken, bzw. ein Schadenfeuer bereits im Frühstadium detektieren will. Zu diesem Zweck ist es hilfreich, die Temperaturänderungen detaillierter zu betrachten und zu bewerten, wobei es sich als besonders nützlich herausgestellt hat, rasche und kleine Temperaturschwankungen zu erkennen. Dem steht entgegen, daß rasche Änderungen der Raumtemperatur nur mit sehr aufwendigen Meßeinrichtungen, nicht aber mit den in der Brandschutztechnik gebräuchlichen "Wärmemeldern" ermittelt werden können.

[0003] Es ist üblich, eine automatische Feuermeldung mittels sogenannter "Wärme-Maximalmelder" erst dann auszulösen, wenn die Raumtemperatur wesentlich über der unter normalen Umständen erreichbaren Raumtemperatur von z.B. 40 °C liegt. Es ist weiterhin bekannt, mittels sogenannter "Wärme-Differentialmelder" lineare Temperaturanstiege von z.B. mehr als 10 K/min zur Alarmgabe zu nutzen. Beide Melder reagieren daher erst bei relativ großen Bränden. Zur Früherkennung von Bränden müssen daher andere Brandentdeckungsverfahren, z.B. mittels Rauchmeldern, herangezogen werden.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, die detaillierte, rasche Erfassung der Raumtemperatur ohne Verzicht auf bekannte und bewährte Eigenschaften und ohne wesentliche Erhöhung des Aufwandes gegenüber gebräuchlichen Wärmemeldern zu ermöglichen.

[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine zweite, frequenzgangkompensierte Verstärkerschaltung, die eingangsseitig über eine Hochpaßschaltung mit der Widerstandsanordnung und ausgangsseitig mit einer zweiten Meß- und Auswerteschaltung verbunden ist, vorgesehen ist.

[0006] In einer möglichen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist die Widerstandsanordnung als Spannungsteiler ausgebildet, wobei ein Widerstand in Serie zum temperaturabhängigen Widerstand geschaltet ist und die erste Verstärkerschaltung mit ihrem ersten Eingang am Verbindungspunkt dieses Widerstands mit dem temperaturabhängigen Widerstand und mit ihrem zweiten Eingang am Verbindungspunkt des temperaturabhängigen Widerstand mit dem Minuspol der Spannungsversorgung angeschlossen ist.

[0007] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite Verstärkerschaltung jeweils mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker gebildet, wobei diese vorzugsweise als nicht-invertierende Verstärker ausgebildet sind.

[0008] In einer weiteren Ausführungsform ist in der zweiten Verstärkerschaltung der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Widerstand mit seinem invertierenden Eingang und der invertierende Eingang über die Parallelschaltung eines Widerstands mit einem Kondensator mit dem Minuspol der Spannungsversorgung verbunden.

[0009] Die Hochpaßschaltung ist vorzugsweise mit einem den Mittelabgriff des Spannungsteilers mit dem ersten Eingang der zweiten Verstärkerschaltung verbindenden Kondensator und einem den ersten Eingang der zweiten Verstärkerschaltung mit dem Minuspol der Versorgungsspannung verbindenden Widerstand gebildet.

[0010] Eine wegen ihres geringen Aufwandes besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmesensors ist dadurch gegeben, daß nur eine frequenzgangkompensierte Verstärkerschaltung, die eingangsseitig mit der Widerstandsanordnung und ausgangsseitig mit einer Meß- und Auswerteschaltung verbunden ist, vorgesehen ist.

[0011] Die Verstärkerschaltung kann dabei mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker gebildet werden, wobei dieser vorzugsweise als nicht-invertierender Verstärker ausgebildet ist.

[0012] In einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Wärmesensors ist der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Widerstand mit seinem invertierenden Eingang und der invertierende Eingang über die Parallelschaltung eines Widerstands mit der Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator mit dem Minuspol der Spannungsversorgung verbunden.

[0013] In allen Ausführungsformen wird der temperaturabhängige Widerstand zweckmäßigerweise mit einem Heißleiter gebildet.

[0014] Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Es zeigen dabei

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 2 eine weitere mögliche Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.

[0015] Beim in Fig.1 dargestellten Wärmesensor ist ein aus einem Widerstand R1 und einem Heißleiter HL gebildeter Spannungsteiler mit den Klemmen + Ub und -Ub einer Spannungsversorgung verbunden. Die Spannungsversorgung befindet sich dabei in einer nicht dargestellten Zentrale, mit der der Wärmesensor über eine ebenfalls nicht dargestellte Meldeprimärleitung verbunden ist.

[0016] An den Verbindungspunkt des Heißleiters HL mit dem Widerstand R1 ist der erste Eingang E11 und an den Verbindungspunkt des Heißleiters HL mit der Klemme -Ub der Spannungsversorgung ist der zweite Eingang E12 einer Verstärkerschaltung V1 angeschlossen.

[0017] Die Verstärkerschaltung V1 besteht dabei aus einem Operationsverstärker OPV1, dessen invertierender Eingang E1- einerseits über einen Widerstand R3 mit seinem Ausgang Av1 verbunden ist und andererseits über einen Widerstand R2 den zweiten Eingang E12 der Verstärkerschaltung V1 bildet. Der nicht-invertierende Eingang E1 + des Operationsverstärkers OPV1 bildet den ersten Eingang E11 der Verstärkerschaltung V1. Der Operationsverstärker OPV1 ist außerdem an die beiden Klemmen + Ub und -Ub der Spannungsversorgung angeschlossen. Der Ausgang Av1 des Operationsverstärkers OPV1 bildet gleichzeitig den Ausgang der Verstärkerschaltung V1 und ist mit dem Eingang einer ersten Meß- und Auswerteschaltung M1 +A₁ verbunden. Der Ausgang dieser Meß- und Auswerteschaltung M1 + A ist mit einer Klemme MA1 verbunden. Es ist allerdings auch möglich, den Ausgang der Meß- und Auswerteschaltung M1 +A₁ mittels einer nicht dargestellten Übertragungseinrichtung an die Klemmen + Ub und -Ub anzuschließen.

[0018] An den Verbindungspunkt des Heißleiters HL mit dem Widerstand R1 ist auch der erste Eingang E21 einer Verstärkerschaltung V2 über einen Kondensator C1 angeschlossen. Dieser erste Eingang E21 ist außerdem über einen Widerstand R4 mit dem Verbindungspunkt des Heißleiters HL mit der Klemme -Ub verbunden, an der auch der zweite Eingang E22 der Verstärkerschaltung V2 angeschlossen ist. Die Verstärkerschaltung V2 ist ähnlich aufgebaut wie die Verstärkerschaltung V1, wobei der Operationsverstärker OPV2 dem Operationsverstärker OPV1, der Widerstand R6 dem Widerstand R3 und die Parallelschaltung eines Widerstands R5 mit einem Kondensator C2 dem Widerstand R2 entspricht. Der Ausgang Av2 des Operationsverstärkers OPV2 ist mit dem Eingang einer zweiten Meß- und Auswerteschaltung M2+A2 verbunden, derer Ausgang an eine Klemme MA2 angeschlossen ist. Auch hier ist es möglich, den Ausgang über eine nicht dargestellte Übertragungseinrichtung an die Klemmen + Ub und -Ub anzuschließen.

[0019] Die am Heißleiter HL abfallende Spannung ist temperaturabhängig, wobei die Amplitude dieser Spannung mit zunehmender Frequenz abnimmt. Die Verstärkung der Verstärkerschaltung V1 ist über die Widerstände R2 und R3 so eingestellt, daß sehr langsame Änderungen der Spannung von der ersten Meß- und Auswerteschaltung M1 + A erkannt und verarbeitet werden können, die für einen entstehenden Brand charakteristischen Signale mit Frequenzen zwischen 5 Hz und 20 Hz jedoch nicht genügend verstärkt sind, um ausgewertet werden zu können. Deshalb ist die zweite Verstärkerschaltung V2 vorgesehen, der eine aus dem Kondensator C1 und dem Widerstand R4 bestehende Hochpaßschaltung vorgeschaltet ist. Diese Hochpaßschaltung siebt die langsamen Signalanteile aus, so daß die Verstärkung von V2 über die Widerstände R5 und R6 so eingestellt werden kann, daß die zweite Meß- und Auswerteschaltung M2+A2 z.B. die Intensität der Signalanteile im gewünschten Frequenzbereich zwischen 5 Hz und 20 Hz erfaßt und auswertet. Die Auswertung der Meßwerte kann dabei sowohl in M1 +A1 als auch in M2+A2 durch einen oder auch mehrere Schwellwertschalter erfolgen oder es kann aber auch ein der gemessenen Amplitude proportionaler Analogwert erzeugt und der Zentrale übermittelt werden. Der in der Verstärkerschaltung V2 vorgesehene Kondensator C2 sorgt für eine Zunahme der Verstärkung mit zunehmender Frequenz, so daß der Frequenzgang des Heißleiters HL durch die Verstärkerschaltung V2 teilweise kompensiert wird.

[0020] Eine wegen ihren geringen Aufwandes besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 2. Die Spannung am Heißleiter HL wird von der Verstärkerschaltung V verstärkt und der Meß-und Auswerteschaltung M+A zugeführt. Die Verstärkerschaltung V entspricht in ihrem Aufbau der Verstärkerschaltung V1 aus Fig. 1, wobei der Operationsverstärker OPV1 durch einen Operationsverstärker OPV, der Widerstand R3 durch einen Widerstand R8 und der Widerstand R2 durch die Parallelschaltung eines Widerstandes R9 mit der Serienschaltung eines Kondensator C3 mit einem Widerstand R7 ersetzt werden. Die Verstärkung der Verstärkerschaltung V wird durch die Widerstände R9 und R8 eingestellt, wobei wegen des Kondensators C3 die Verstärkung mit zunehmender Frequenz zunimmt, und somit der Frequenzgang des Heißleiters HL kompensiert wird. Durch den Widerstand R7 kann die Verstärkungszunahme jedoch nur bis zu einer bestimmten Frequenz erfolgen, wodurch die Kompensation des Frequenzganges des Heißleiters HL nur bis zu einer begrenzten Schwankungsgeschwindigkeit, z.B. bis zu einer Grenzfrequenz von 20 Hz, wirksam ist. Der Widerstand R7 kann mit der gleichen Wirkung in Serie zum Kondensator C2 in Fig. 1 eingefügt werden. Es kann dann auf einen entsprechenden kompletten Tiefpaß in der Meß-und Auswerteschaltung M2+A2 verzichtet werden.

[0021] Für die Arbeitsweise der Meß- und Auswerteschaltung M+A und für die Ausgabe an die Klemme MA, bzw. für die Signalweiterleitung gelten die gleichen Möglichkeiten wie zu der Fig.1 beschrieben. Besonders einfach und zweckmäßig ist es, den Meßwert so häufig abzufragen, daß die gewünschte Schwankungsgeschwindigkeit erfaßt werden kann, z.B. 40 mal pro Sekunde und die so gewonnenen Meßwerte zur weiteren Bearbeitung in die Zentrale zu übertragen. Dabei können diese Meßwerte sowohl einzeln, d.h. im Beispiel, je einer jede vierzigstel Sekunde, als auch zu längeren Telegrammen zusammengefaßt, also z.B. je 10 Meßwerte jede Viertel Sekunde, übertragen werden.

Ansprüche

1. Wärmesensor

- mit einer mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand (HL) enthaltenden, an eine Spannungsversorgung (+Ub-Ub) angeschlossenen Widerstandsanordnung (R1,HL),

- mit einer ersten Verstärkerschaltung (V1), die eingangsseitig mit der Widerstandsanordnung (R1,HL), und ausgangsseitig mit einer ersten Meß-und Auswerteschaltung (M1 +A1) verbunden ist,

- und mit einer zweiten, frequenzgangkompensierten Verstärkerschaltung (V2), die eingangsseitig über eine Hochpaßschaltung (C1,R4) mit der Widerstandsanordnung (R1,HL) und ausgangsseitig mit einer zweiten Meß-und Auswerteschaltung (M2 + A2) verbunden ist.

2. Wärmesensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsanordnung (R1,HL) als Spannungsteiler ausgebildet ist, wobei ein Widerstand (R1) in Serie zum temperaturabhängigen Widerstand (HL) geschaltet ist und die erste Verstärkerschaltung (V1) mit ihrem ersten Eingang (E11) am Verbindungspunkt dieses Widerstands (R1) mit dem temperaturabhängigen Widerstand (HL) und mit ihrem zweiten Eingang (E12) am Verbindungspunkt des temperaturabhängigen Widerstands (R1) mit dem Minuspol (-Ub) der Spannungsversorgung angeschlossen ist.

3. Wärmesensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Verstärkerschaltung (V1 ,V2) jeweils mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker (OPV1,OPV2) gebildet sind.

4. Wärmesensor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gegengekoppelten Operationsverstärker (OPV1,OPV2) als nicht-invertierende Verstärker ausgebildet sind.

5. Wärmesensor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der zweiten Verstärkerschaltung (V2) der Ausgang (Av2) des Operationsverstärkers (OPV2) über einen Widerstand (R6) mit seinem invertierenden Eingang (E2-) und der invertierende Eingang (E2-) über die Parallelschaltung eines Widerstands (R5) mit einem Kondensator (C2) mit dem Minuspol (-Ub) der Spannungsversorgung verbunden ist.

6. Wärmesensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hochpaßschaltung mit einem den Mittelabgriff des Spannungsteilers (R1,HL) mit dem ersten Eingang (E21) der zweiten Verstärkerschaltung (V2) verbindenden Kondensator (C1) und einem den ersten Eingang (E21) der zweiten Verstärkerschaltung (V2) mit dem Minuspol (-Ub) der Versorgungsspannung verbindenden Widerstand (R4) gebildet ist.

7. Wärmesensor

- mit einer mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand (HL) enthaltenden, an eine Spannungsversorgung (+Ub,-Ub) angeschlossenen Widerstandsanordnung (R1,HL),

- und mit einer frequenzgangkompensierten Verstärkerschaltung (V), die eingangsseitig mit der Widerstandsanordnung (R1,HL) und ausgangsseitig mit einer Meß- und Auswerteschaltung (M+A) verbunden ist.

8. Wärmesensor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsanordnung als Spannungsteiler ausgebildet ist, wobei ein Widerstand (R1) in Serie zum temperaturabhängigen Widerstand (HL) geschaltet ist und die Verstärkerschaltung (V) mit ihrem ersten Eingang (E1) am Verbindungspunkt dieses Widerstands (R1) mit dem temperaturabhängigen Widerstand (HL) und mit ihrem zweiten Eingang (E2) am Verbindungspunkt des temperaturabhängigen Widerstands (R1) mit dem Minuspol (-Ub) der Spannungsversorgung angeschlossen ist.

9. Wärmesensor nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (V) mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker (OPV), gebildet ist.

10. Wärmesensor nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang (Av) des Operationsverstärkers (OPV) über einen Widerstand (R8) mit seinem invertierenden Eingang (E-) und der invertierende Eingang (E-) über die Parallelschaltung eines Widerstandes (R9) mit der Serienschaltung aus einem Widerstand (R7) und einem Kondensator (C3) mit dem Minuspol (-Ub) der Spannungsversorgung verbunden ist.

Zeichnung