Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Streulichtrauchmelder, insbesondere auf deren Abgleich und auf der Überprüfung ihrer Funktionstüchtigkeit. Die Streulichtrauchmelder, die zu den optischen Rauchmeldern gehören und zu den am häufigsten eingesetzten Rauchmeldern zählen, nützen die optischen Eigenschaften von Brandaerosolen aus und erlauben die Früherkennung von Bränden zu einem Zeitpunkt, wo in den meisten Fällen der Einsatz von Gegenmassnahmen noch erfolgreich ist. Eine wesentliche Voraussetzung für eine sichere Alarmabgabe ist dabei die Einhaltung der gleichen Rauchempfindlichkeit durch alle Rauchmelder, wobei die Grösse der Rauchempfindlichkeit in der Regel durch technische Normen und Vorschriften festgelegt ist. Die Einstellung der Rauchempfindlichkeit ist also bei Streulichtrauchmeldern ausserordentlich wichtig, sie stellt jedoch ein schwieriges technisches Problem bei der Fabrikation dieser Melder dar.
Streulichuauchmelder enthalten bekanntlich einen Lichtsender, der in der Regel pulsweise Licht in ein Volumen des Melders sendet, in das Brandaerosole eindringen können, und einen lichtempfindlichen Sensor, der kein direktes Licht vom Sender erhält. Sobald Brandaerosole in dem genannten Volumen vorhanden sind, kommt es zu einer Streuung des vom Sender ausgesandten Lichts an den Brandaerosolen. Dabei gelangt Streulicht an den Sensor, der so ausgelegt ist, dass er nur aus einem begrenzten und als Messvolumen bezeichneten Bereich des genannten Volumens Streulicht empfangen kann. Das durch das Streulicht erzeugte elektrische Signal des Sensors wird in einer elektronischen Auswertestufe analysiert, wobei bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwerts durch das Sensorsignal ein Alarmsignal erzeugt wird. Als Beispiel für einen Streulichtrauchmelder dieser Art sei auf die GB-A-2 251 067 verwiesen.
Um zu verhindern, dass bei Abwesenheit von Rauch Licht auf den Sensor fällt, werden komplizierte Lybyrinthe verwendet, die den Sensor gegen Störeinflüsse abschirmen. Hauptstörquellen sind vor allem Staubpartikel, die sich an den das Messvolumen begrenzenden Flächen abgelagert haben. Bei allem konstruktiven Aufwand lässt sich eine gewisse Grundreflexion an diesen Grenzflächen nicht völlig ausschliessen, was auch bei einem vollkommen sauberen Melder zu einem bestimmten Grundsignal führt.
Die Einstellung der Empfindlichkeit, also der Abgleich der Streulichtrauchmelder, erfolgt während des Herstellungsprozesses, wobei im wesentlichen drei Verfahren, Abgleich mit Testaerosol, Abgleich anhand der Grundreflexion und Funktionsprüfung durch Einbringen eines Körpers in das Messvolumen, bekannt sind.
Beim ersten Verfahren wird der Streulichtrauchmelder in eine Kammer oder einen Kanal gebracht, der mit einem Testaerosol von bekannter Beschaffenheit und Konzentration gefüllt werden kann, wobei zuerst die Rauchdichte auf die Alarmkonzentration einreguliert und anschliessend die Empfindlichkeit des Melders entsprechend eingestellt wird. Abgesehen davon, dass die Erzeugung eines konstanten Eichaerosols in den gewünschten Konzentrationen technisch aufwendig ist, ist dieses Verfahren derart zeitaufwendig, dass bei den heute üblichen Produktionsraten eine Mehrzahl von parallel arbeitenden Rauchabgleichapparaturen erforderlich ist, was hohe Anforderungen an die Steuerung und Konstanz dieser Geräte stellt und hohe Kosten erfordert.
Bei der zweiten Methode wird als Bezugswert für den Abgleich die erwähnte Grundreflexion an den Begrenzungsflächen des Messvolumens und als Alarmschwelle eine bestimmte Erhöhung des durch die Grundreflexion erzeugten Signals gewählt. Dieses Verfahren kommt zwar ohne Testaerosol aus und ist bedeutend schneller als das erste, es stellt aber extreme Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften der Begrenzungsflächen und es ist vor allen Dingen kein physikalisch äquivalenter Ersatz für den Abgleich mit Rauch einer bestimmten Konzentration.
Denn bei der Streuung des Lichtes an Rauchpartikeln handelt es sich um einen Volumeneffekt, bei dem sich das vom Sensor empfangene Streulicht aus einer Vielzahl von elementaren Streuprozessen im Messvolumen integral zusammensetzt, wogegen die Grundreflexion einen reinen Oberflächeneffekt bildet. Daher weisen nach dieser Methode abgeglichene Melder nicht zwangsläufig die gleiche Rauchempfindlichkeit auf, und sie sind streng genommen nicht einmal daraufhin überprüft, ob sie überhaupt in der Lage sind, im Messvolumen vorhandene lichtstreuende Partikel zu detektieren.
Die Verfahren der dritten Gruppe, bei denen der Rauchmelder durch Einbringen eines Körpers in das Messvolumen getestet wird, sind eher qualitativ und zu ungenau, um als Abgleichverfahren in Frage zu kommen. Beispiele für derartige Verfahren sind in der GB-A-1 079 929 in der US-A-3 585 621, und in der US-A-4,099,178 beschrieben.
Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Rauchsimulation für Streulichtrauchmelder, welche eine Lichtquelle, ein von dieser beleuchtetes Messvolumen und einen Sensor zur Messung des im Messvolumen erzeugten Streulichts aufweisen. Dieses Mittel soll einem Aerosol physikalisch äquivalent sein und einen exakten, reproduzierbaren und raschen Abgleich der Rauchempfindlichkeit ermöglichen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen in das Messvolumen einsetzbaren, transparenten Körper, in welchem Streuzentren für das einfallende Licht eingeschlossen sind.Da die Streuzentren in dem transparenten Körper eingeschlossen und nicht etwa an dessen Oberfläche angelagert sind, stellt die Streuung von einfallendem Licht an diesen Streuzentren einen Volumeneffekt dar und ist somit mit der Streuung an den Partikeln eines Aerosols äquivalent.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Abgleich der Rauchempfindlichkeit von eine Lichtquelle, einen Sensor, ein vom Licht durchsetztes Messvolumen und eine Auswerteelektronik aufweisenden Streulichtrauchmeldern unter Verwendung des genannten Rauchsimulationsmittels.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Körper in einer definierten Stellung in das Messvolumen des abzugleichenden Melders eingebracht und von der Lichtquelle beleuchtet, und dass die Auswerteelektronik auf die Abgabe eines einer bestimmten Rauchdichte entsprechenden vorbestimmten Signals abgestimmt wird.
Durch das Einbringen des tranparenten Körpers in das Messvolumen wird dieses zumindest teilweise mit Streuzentren ausgefüllt, wodurch die Anwesenheit eines Aerosols simuliert wird. Dann wird der Streulichtrauchmelder an eine Energieversorgung und an ein geeignetes Abgleichgerät angeschlossen. Entsprechend der Grösse des Ausgangssignals des Melders wird dessen Auswertelektronik so eingestellt, dass ein definierter Zustand, vorzugsweise der Alarmzustand, des Melders erreicht wird. Dadurch lassen sich alle Melder einer Produktionsserie mit hoher Genauigkeit auf die gleiche Rauchempfindlichkeit abgleichen. Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Abgleichverfahren auch bei solchen Meldern anwendbar, bei denen die Signalauswertung und die eventuelle Erzeugung eines Alarmsignals in einer Zentrale erfolgt.
Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung des genannten Rauchdichtesimulationsmittels zur Prüfung der Rauchempfindlichkeit von Streulichtrauchmeldern. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass in die zu prüfenden Melder ein transparenter Körper eingebracht wird, der Streuzentren mit einer solchen räumlichen Verteilung enthält, dass nach dem Einsetzen in den Melder dessen Messvolumen zumindest teilweise mit Streuzentren von einer solchen Konzentration ausgefüllt ist, dass eine oberhalb der Alarmkonzentration des Melders liegende Rauchkonzentration simuliert wird.
Die Erfindung betrifft ausserdem eine Verwendung des genannten Rauchdichtesimulationsmittels zur Prüfung von Streulichtrauchmeldern auf Verschmutzung. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass in die zu prüfenden Melder ein transparenter Körper eingebracht wird, welcher Streuzentren mit einer solchen räumlichen Verteilung enthält, dass nach dem Einsetzen in den Melder das einem unverschmutzten Melder entsprechende Messvolumen von Streuzentren frei ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:
Streulichtrauchmelder enthalten bekanntlich ein in eine Messkammer eingebettetes opto-elektronisches System, welches störendes Fremdlicht fernhält, eindringende helle und dunkle Rauchpartikel aber optimal detektiert. Das optische System besteht im wesentlichen aus einem Sender, beispielsweise einer Infrarotleuchtdiode, die kurze, intensive Lichtpulse aussendet, aus einem Empfänger, aus einer Blendenanordnung und aus einem sogenannten Labyrinth zur Abschirmung des Empfängers von direktem Licht und von Reflexionen. Sender und Empfänger sind so angeordnet, dass sich ihre optischen Achsen unter einem bestimmten Winkel von beispielsweise 70° bis 120° kreuzen, so dass also der Empfänger das vom Sender ausgesandte Strahlenbündel gleichsam von der Seite her betrachtet. Der sowohl vom Senderstrahlenbündel beaufschlagte als auch im Blickfeld des Empfängers liegende Teil der Messkammer, also der Durchschnitt von Sender- und Empfängerstrahlengang, bildet das sogenannte Messvolumen. Nur das in diesem erzeugte Streulicht gelangt an den Empfänger und wird ausgewertet.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Prüfeinsatz P, der die Einstellung der Empfindlichkeit, oder mit anderen Worten, den Abgleich von Streulichtrauchmeldern ohne das sonst erforderliche Einbringen von Testaerosol in das Messvolumen ermöglicht. Zur besseren Verständlichkeit sind in der Figur auch der Sender (Lichtquelle) 1 und der Empfänger (Sensor) 2 des optischen Systems des Melders, die entsprechenden Strahlengänge und auch das Messvolumen 3 eingezeichnet, die aber selbstverständlich Bestandteil des Melders und nicht des Prüfeinsatzes P sind. Der Prüfeinsatz P hat darstellungsgemäss etwa die Form einer offenen, flachen Dose oder eines Deckels mit einem Boden 4. Auf diesem ist ein transparenter Körper 5 mit in diesem eingeschlossenen Streuzentren 6 und gegebenenfalls ein optisches Labyrinth 7 befestigt. Ausserdem sind Befestigungsmittel (nicht dargestellt) vorgesehen, mit welchen der Prüfeinsatz P im Melder, vorzugsweise in dessen Messkammer, justierbar ist. Diese Befestigungselemente können beispielweise so ausgebildet sein, dass sie an dem Sender 1 und dem Empfänger 2 zugeordneten Bauteilen, beispielsweise an den diese umgebenden Gehäusen, einrasten und dadurch den Prüfeinsatz P relativ zu Sender und Empfänger sowohl positionieren als auch fixieren.
Der transparente Körper 5 ist so dimensioniert und positioniert, dass er das Messvolumen 3 zumindest teilweise ausfüllt. Er besteht beispielsweise aus einem Silikon-Kautschuk wie Dow Corning dielektrisches Silikongel 3-6527 A&B, in dem Aluminiumoxidpartikel mit einem mittleren Korngrössendurchmesser von 30 bis 50 µm als Streuzentren 6 gleichmässig verteilt fest eingeschlossen sind. Zur Herstellung des transparenten Körpers 5 werden die in dem Silikon-Kautschuk zu verteilenden Aluminiumoxidpartikel durch ständiges Rühren so lange mit dem Silikon-Kautschuk vermischt, bis eine homogene Verteilung der Partikel erreicht ist. Dann wird die Mischung in eine Form gegossen und ausgehärtet. Nach dem Aushärten sind die Partikel fest in dem Silikon-Kautschuk eingeschlossen und verändern ihre Lage nicht mehr. Das bei Bestrahlung mit Licht erzeugte Streulicht ist nur noch von der Lichtintensität und von der Fokussierung von Sender 1 und Empfänger 2 abhängig.
Die Korrelation zwischen der durch die eingeschlossenen Partikel erzeugten Streulichtintensität und einer durch Rauch erzeugten wird einmal experimentell ermittelt und ist danach eine Materialkonstante des Prüfeinsatzes P. Anstatt durch fest eingeschlossenen Partikel können die Streuzentren 6 auch durch fest eingeschlossene Hohlräume, beispielweise Luftblasen, gebildet sein, welche sich hinsichtlich der Lichtstreuung ähnlich wie Festkörperpartikel verhalten. Die Streuzentren 6 können also durch jede Art von Licht streuenden Einschlüssen gebildet sein. Die Konzentration der Streuzentren 6 wird so gewählt, dass das in dem mit dem Prüfeinsatz P bestückten Melder entstehende Streulicht ein definiertes Signal erzeugt. Vorzugsweise wird die Konzentration so gewählt, dass das Streulicht das Alarmkriterium des Melders erfüllt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur für den Abgleich eines Streulichtrauchmelders SM mit einem Prüfeinsatz P gemäss Fig. 1. Der Melder SM besteht darstellungsgemäss aus einem mit Raucheintrittsöffnungen 8 versehenen Gehäuse 9 und aus einem in diesem Gehäuse angeordneten Meldereinsatz 10, welcher an seiner einen, in der Figur unteren, Seite mit einer Auswerteelektronik 11 bestückt ist und an seiner anderen Seite die Messkammer 12 mit Sender 1, Empfänger 2 und Labyrinth 7 trägt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Labyrinth 7 in einem deckelartigen Verschlussteil vorgesehen, der, bezogen auf Fig. 2, von oben in die Messkammer 12 geschoben werden kann. In diesem Fall weist der Prüfeinsatz P die gleiche Form und das gleiche Labyrinth auf, trägt aber zusätzlich noch den transparenten Körper 5. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, weil für den Abgleich des Melders SM nur der deckelartige Verschlussteil durch den Prüfeinsatz P ersetzt zu werden braucht.
Die mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnete Abgleichapparatur enthält eine Befestigungs- oder Auflageplatte 14 für den oder die zu prüfenden Melder SM mit den erforderlichen elektrischen Anschlüssen, eine Energieversorgung 15 und eine Abgleichelektronik 16. Die Energieversorgung 15 ist mit dem jeweils abzugleichenden Melder SM über zwei Leitungen 17 und 18 und die Abgleichelektronik 16 ist mit dem Melder über zwei Leitungen 19 und 20 verbunden. Über die Leitung 19 erhält die Abgleichelektronik 16 das durch das Einsetzen des Prüfeinsatzes P erzeugte Meldersignal und über die Leitung 20 wird die Auswerteelektronik 11 des Melders auf den gewünschten Wert der Rauchempfindlichkeit eingestellt.
Der Abgleich erfolgt so, dass zuerst die für den Abgleich erforderlichen Melderparameter gemessen und registriert werden. Dann wird der Prüfeinsatz P in den Melder eingesetzt, wodurch bei eingeschaltetem Sender 1 eine bestimmte Lichtstreuung erzeugt wird, der ein bestimmtes Meldersignal entspricht. Dieses Signal gelangt in die Abgleichelektronik 16 und wird dort mit einem vorgegebenen Signal verglichen, welches vorzugsweise der Alarmrauchdichte entspricht. Wenn das Meldersignal vom Sollwert abweicht, dann wird die Auswerteelektronik 11 über die Leitung 20 so lange verstellt, bis das Meldersignal dem Sollwert entspricht. Damit ist sichergestellt, dass der Melder bei einer definierten, immer gleichen Rauchdichte ein Alarmsignal abgibt, womit der Abgleich beendet ist.
Der Prüfeinsatz P kann auch dazu verwendet werden, die Rauchempfindlichkeit von installierten, sich im Betrieb befindlichen Streulichtrauchmeldern zu überprüfen. Auch in diesem Fall wird in den zu prüfenden Melder ein Prüfeinsatz P mit einem transparente Körper 5 eingesetzt, der Streuzentren 6 in einer solchen räumlichen Verteilung enthält, dass nach dem Einsetzen in den Melder dessen Messvolumen 3 (Fig. 1) zumindest teilweise mit Streuzentren 6 ausgefüllt ist. Dabei ist die Konzentration der Streuzentren so gewählt, dass diese eine oberhalb der Alarmgrenze liegende Rauchdichte simulieren, so dass nach dem Einsetzen des Prüfeinsatzes P in den Melder ein Alarm ausgelöst werden müsste. Wird kein Alarm ausgelöst, dann ist der betreffende Melder nicht funktionstüchtig und muss einer genaueren Überprüfung unterzogen werden.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für den Prüfeinsatz P ist die Überprüfung des Verschmutzungsgrades von seit längerer Zeit im Einsatz stehenden Streulichtrauchmeldern. Derartige Überprüfungen sind deswegen erforderlich, weil Verschmutzungen häufig zu einer Vergrösserung des Messvolumens führen, wodurch unerwünschtes Streulicht erzeugt wird. Und dieses Streulicht kann eine Alarmauslösung bewirken.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen für die Überprüfung der Verschmutzung von Streulichtrauchmeldern geeigneten Prüfeinsatz P', wobei das Messvolumen 3 des unverschmutzten Rauchmelders durch gestrichelte und das grössere Messvolumen des verschmutzten Rauchmelders durch voll ausgezogene Linien begrenzt ist. Der für diese Überprüfung verwendete transparente Körper 5' unterscheidet sich von dem für den Abgleich der Rauchempfindlichkeit verwendeten transparenten Körper 5 (Fig. 1) durch die Verteilung der Streuzentren. Während beim transparenten Körper 5 des Prüfeinsatzes P von Fig. 1 die Streuzentren 6 homogen verteilt sind, ist die Verteilung der Streuzentren 6' des transparenten Körpers 5' des Prüfeinsatzes P' inhomogen, und zwar so, dass sich bei in den Melder eingesetztem Prüfkörper P' in dem für einen unverschmutzten Melder charakteristischen Messvolumen 3 keine, in dem bei einem verschmutzten Melder vorhandenen zusätzlichen Bereich des Messvolumens jedoch sehr wohl Streuzentren 6' befinden.
Wenn ein derartiger Prüfeinsatz P' in einen Melder eingesetzt wird, dann wird bei einem unverschmutzten Melder wegen der im Messvolumen 3 fehlenden Streuzentren kein Alarm ausgelöst. Dagegen werden bei einem verschmutzten Melder die im nun vergrösserten Messvolumen vorhanden Streuzentren 6' einen Alarm auslösen. Dieser Alarm zeigt an, dass eine wesentliche Vergrösserung des Messvolumens stattgefunden hat, und mit Fehlalarmen gerechnet werden muss. Ein solcher Melder muss gereinigt werden.