BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf neuartige Verfahren und entsprechende Mess- und Analysegeräte, die in einem Fluid, also einem Gas, Gasgemisch, z.B. Luft, oder in einer Flüssigkeit Verunreinigungen bzw. Partikel messen. Einerseits betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anord- nung zur Partikeltrennung, wobei in einem Gas oder einer Flüssigkeit, die ein Partikelgemisch enthalten, Zielpartikel mit vorbestimmten Eigenschaften von Restpartikeln getrennt werden. Die Zielpartikel selbst werden analysiert bzw. gemessen. Neben der Partikeltrennung in Mess- und Analysegeräten ermöglicht die Erfindung durch eine neuartige Kühlung den Einsatz von Strahlenquellen mit sehr hoher Leistung, wie sie für die Messung von wenigen Partikeln bzw. von kleinsten Verunreinigungen notwendig sind. Dazu erlaubt ein erweiterter elektrischer Messbereich die Bestimmung von kleinen, aber auch von größeren Vorkommen an Partikeln und Verunreinigungen. Zusätzlich vereinfacht eine neuartige Benutzer- Schnittstelle die Inbetriebnahme solcher Geräte.

Hintergrund und Stand der Technik

Es gibt eine Reihe von Problemen bei den derzeit existierenden Mess- und Analysegeräten für Verunreinigungen bzw. Partikel in einem Fluid, d.h. einem Gas, Gasgemisch oder einer Flüssigkeit und den entsprechenden Mess- und Analyseverfahren.

Ein erster Problemkreis betrifft die Partikeltrennung oder Partikel- separierung. Bei verschiedenen Anwendungen sind z.B. nur Partikel mit einer gewissen Größe von Bedeutung und nur diese sollen in eine Messkammer gelangen, d.h. das eingangs vorhandene Partikelgemisch muss nach bestimmten Partikeleigenschaften getrennt werden. Diese Partikel- separierung erweist sich als schwierig, insbesondere wenn es sich um Gemische mikroskopisch kleiner Partikel handelt. Dies sei an einigen Beispielen erläutert.

Ein häufig bei industriellen, technischen aber auch biologischen oder medizinischen Untersuchungen, z.B. in der Diagnostik, auftretende Aufgabe besteht in der Trennung von Gasen oder Suspensionsgemischen durch Verteilung oder Sortierung von Mikropartikeln aus einer großen Ausgangsmenge in bestimmte Gruppen mit jeweils den gleichen Eigenschaften. Gelingt es, mittels einer Partikeltrennung bzw. Partikelseparierung nur die gewünschten Zielpartikel der Messkammer bzw. dem Messbereich zu- zuführen, so hat dies folgende Vorteile:

1. Erhöhung der Betriebssicherheit des Geräts aufgrund weniger bzw. keiner Fehlmessungen durch Partikel, welche nicht den Zielpartikeln entsprechen. 2. Verlängerung der Gerätelebensdauer wegen der geringeren bzw. verhinderten Verschmutzung der optischen Mess-/Analyse-Einrichtung durch größere Partikel.

3. Vereinfachung des Geräts, da Schutzkomponenten, z.B. Filter, oder Messkomponenten, welche die größeren Partikel messen, entfallen kön- nen.

In einem beispielhaften Anwendungsfall sei die Detektion und Messung von kleinsten Mengen an Brandaerosolpartikeln betrachtet, wie diese in sogenannten Ansaugrauchmelden (ARM, Aspirating Smoke Detector, ASD) vorkommt. Hier wird Luft des zu überwachenden Raums über ein Rohrsystem angesaugt. Dieses Rohrsystem besteht aus einem oder auch mehreren Rohren und ist in der Gesamtlänge meistens zwischen 10m und 200m lang. Es hat im Abstand von ca. 4m Ansaugöffnungen von einem Durchmesser von ca. 2-6mm. Damit kann z.B. eine Lagerhalle, ein IT Rechenzentrum, ein Fertigungsbereich oder eine elektrische Schaltanlage, etc. überwacht werden. Die Messkammer im Gerät misst dann das Vorkommen von Brandaerosolpartikeln und gibt bei Erreichen eines bestimmten, vorher eingestellten Wertes Alarm.

Brandaerosolpartikel haben eine Größe von ca. 0,01 - 10μm (Mikrometer). Kleinere Partikel wären z.B. Viren und größere Staub. Um bereits kleinste Mengen von Brandaerosolpartikeln detektieren zu können, wird eine hochempfindliche Messkammer benötigt. Hier wird eine Strahlung, z.B. Licht von einer Lichtquelle, in einen Detektionsbereich abgegeben. Befinden sich nun in diesem Bereich solche kleinen Brandaerosolpartikel, so streuen diese das Licht. Dieses Effekt verursacht auf einem photoelektrischen Sensor entweder eine Lichttrübung (Transmissionsmessung), weil dann weniger Licht auftritt, oder durch die Lichtstreuung gelangt erst Licht auf den Sensor (Reflexionsmessung). Mit einem dieser beiden Prinzipien werden die feinen Partikel festgestellt. Als Strahlungsquelle kann eine lichtemittierende Diode (LED), eine Laserdiode (LD), eine Xenon-Lampe oder dergleichen verwendet werden. In der Messkammer können sich noch andere Bauteile, z.B. optische Linsen, ein oder mehrere photoelektrischer Sensoren und/oder auch eine Verstärkerschaltung befinden.

Eine andere Möglichkeit der Detektion von Brandaerosolpartikeln besteht in der Verwendung einer Ionisationskammer.

Nachfolgend seien als Beispiel derzeit genutzte Verfahren und Vorrichtungen als Beispiele für die Partikelseparierung bzw. -abscheidung beschrieben. Es sei noch erläutert, dass hier unter "Partikelseparierung" die Trennung der Partikel nach vorgegebenen Partikeleigenschaften verstanden wird, wobei auch die getrennten Partikel prinzipiell im Fluid, d.h. in getrennten Volumina des Fluids verbleiben. Demgegenüber sei hier unter "Partikel- abscheidung" die Entfernung der ungewünschten Partikel aus dem Fluid verstanden.

Ein Verfahren ist die Sedimention durch Schwerkraft, Fliehkraft oder Umlenkung, wie es z.B. bei Zyklonen zum Einsatz kommt. Hier sind die Gerä- te relativ groß und meist aufwendig zu fertigen, was die Verwendung als Wand- oder Tischgeräte limitiert. Zusätzlich ist die Partikelabscheidung in gewissen Anwendungsfällen und speziell bei Größen im Mikrometer- bereich nicht gut genug. Das Problem liegt hier im Prinzip, da eine Abscheidung von Partikeln für die Messung eigentlich nicht notwendig ist. Nur dürfen diese bzw. bestimmte Partikel nicht in den Messbereicht gelangen, jedoch können sie in einem Strom außerhalb des Messbereichs verbleiben. Diese Geräte beabsichtigen, die Partikel aus einem Gas abzuscheiden und somit wäre anschließend das gesamte Fluid frei von diesen Verunreinigungen. Grossere Partikel können im Hauptstrom verbleiben. Es reicht aus, wenn vom Fluid nur eine kleine Menge abgezweigt wird, die ohne Verunreinigungen ist. Eine Partikelabscheidung bzw. -ausscheidung ist gar nicht notwendig und damit entfällt z.B. das Entleeren und Reinigen des Zyklons oder ein Filteraustausch etc.

Bei einer elektrostatischen Abscheidung werden die Partikel elektrostatisch aufgeladen und in einem elektrischen Feld abgelenkt. Nachteile sind hier die zusätzlich notwendigen, elektrischen Bauteile und die Feuchtigkeitsempfindlichkeit dieser Variante, die ihren Einsatz begrenzt.

Bei einer Partikelabscheidung durch Filter, z.B. Filtermatten, Gewebefilter etc., werden größere Partikel beim Eindringen in das Gerät bzw. in die Messkammer zurückgehalten. Ein Nachteil solcher Filter ist aber, dass sie einen Druckabfall verursachen. Die Ansaugvorrichtung, z.B. ein Lüfter, muss daher entsprechend leistungsfähiger ausgelegt sein, was wiederum einen höheren Energiebedarf nach sich zieht. Ein weiterer und viel gravie- renderer Nachteil dieser Filter ist aber, dass sie sich während des Betriebs mehr und mehr zusetzen mit den zurückgehaltenen Partikeln. M.a.W., es können immer weniger der zu messenden Zielpartikel den Filter passieren. Im Extremfall verhindert ein verstopfter Filter, dass die gewünschten Zielpartikel überhaupt in den Messbereich gelangen. Bei einem Brandmelder, wie oben beschrieben, können dann die Brandaerosolpartikel, welche eigentlich gemessen werden sollen, nicht mehr in die Messkammer strömen. Im Gefahrenfall würde solch ein Gerät nur unzureichend oder gar nichts detektieren, d.h. der Brandmelder würde nichts melden. Dies erfordert einen regelmäßigen Filtertausch, da ein Verstopfen des Filters und damit die Blackade der Zuströmung in die Messkammer nicht vorhergesagt werden kann.

Als weitere Möglichkeit kann das Vorkommen von unerwünschten, z.B. grosseren Partikeln auch mittels eines zusätzlichen, beispielsweise opti- sehen Messverfahrens bestimmt werden. Nachteilig ist hier, dass die Messkammer speziell durch die größeren Partikel verschmutzt wird, mehr elektrische Komponenten benötigt werden und die Einstellung und Kalibrierung des Geräts mit zusätzlichem Aufwand verbunden ist.

Alternativ kann auch das Verschmutzen der Messkammer akzeptiert werden und elektrische oder elektronische Massnahmen zur Korrektur der Messergebnisse benutzt werden. Wenn die Messoptik im laufenden Betrieb Partikel aufnimmt, d.h. verstaubt, reduziert sich ihre Empfindlichkeit. Um dies zu kompensieren, wird elektronisch die Empfindlichkeit des Mes- Systems korrigiert bzw. nachjustiert. Dieses elektronische Nachjustieren wird "Driftkompensation" genannt. Beispielsweise wird mit der Zeit das An- sprechverhalten sensibler gestaltet, da man davon ausgeht, dass die optischen Bauteile (Schmutz-)Partikel aufnehmen, womit weniger Licht in die Messkammer und auf den Messsensor gelangt. Ob nun tatsächlich eine Verschmutzung entsteht oder ob diese stärker oder geringer ist, ist für die sozusagen "geplante", d.h. voreingestellte Kompensation unerheblich. Daraus resultiert aber der gravierende Nachteil dieser Driftkompensation, nämlich dass das Messverhalten und damit auch das Ansprechverhalten des Geräts, z.B. des Brandmelders, sich im Laufe des Betriebs verändert und diese Veränderung nicht mit der tatsächlichen Empfindlichkeit bzw. dem Verschmutzungsgrad korreliert.

Einige der genannten Verfahren sind am Beispiel eines Brandmelders in der veröffentlichten Patentanmeldung WO 2005/043479 A1 beschrieben. Dort wird z.B. ein Verfahren beschrieben, wie eine Unterscheidung der Partikel nach deren Größe erfolgen kann.

In der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2009/0025453 A1 sind ein Rauchmeldegerät und das entsprechende Verfahren beschrieben, bei dem ein Nebenstrom mit kleineren Partikeln aus einem Haupstrom abgezweigt wird, indem der Hauptstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und beschleunigt wird. Die grossere Trägheit der grosseren Partikel lässt diese geradlinig weiterfliegen, während die kleineren Partikel leichter abgelenkt werden in einen Nebenstrom. Dieses an sich bekannte, mechanische Prinzip der Separierung durch Trägheit/Schwerkraft wird hier u.a. in einem Rauch- meider in der Weise genutzt, dass ein Luftstrom in einer Düsenanordnung beschleunigt wird. Ein inmitten der Düse angeordneter Eingang, der einen Unterdruck aufweist, saugt die kleineren Partikel an und bewirkt somit die Trennung. Allerdings ist die Bauweise dieses Geräts sehr aufwendig, insbesondere da die Absaugvorrichting innerhalb der Düse angeordnet ist und einen Teil derselben bildet. Auch ist nicht ersichtlich, wie die gezeigte Konstruktion verhindern soll, dass reflektierte grossere Partikel nicht eben- falls in den zur Untersuchung bestimmten Nebenstrom gelangen. Die nachfolgend angeführten Problemkreise werden in dieser US-Patentanmeldung überhaupt nicht angesprochen.

Ein zweiter Problemkreis betrifft die Partikelablagerungen in der Messkammer, insbesonder auf den zur Messung dienenden optischen oder elektronischen Einrichtungen. Diese Einrichtungen befinden sich in einem Bereich, der vom Medium, d.h. dem Gas oder der Flüssigkeit, durchströmt wird. Sobald nun zusätzliche Teile bzw. die dafür notwendige Öffnungen in die Messkammer oder den Strömungsbereich eingefügt werden, z.B. Linsen, Sensoren, Strahlungsquellen, etc., entstehen Unebenheiten wie Fugen, Öffnungen für die Strahlungsquelle bzw. den Sensor. Diese resultieren in Verwirbelungen des strömenden Mediums, was wiederum zu Ablagerungen von Partikeln an meist unerwünschten Stellen führt.

Entstehen solche Ablagerungen auf den optischen Komponenten, insbesondere an oder auf der Strahlungsquelle, so hat dies hat zur Folge, dass weniger von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung in den Messbereich gelangt. Dies alleine schon verzerrt die Messung. Gleiches gilt für den Sensor. Schlagen sich auf seiner Oberfläche oder der seiner Komponenten, z.B. Linsen, Partikel nieder, so reduziert sich sein Empfindlichkeit und damit sein Vermögen, korrket Messungen zu ermöglichen. M.a.W., eine Partikelablagerung verhindert die angestrebte einwandfreie Messung.

Eine bekannte Methode, um dies zu verhindern, ist es, mittels eines separaten vorgeschalteten Feinfilters praktisch alle Partikel, inklusive der Zielpartikel, aus dem Medium zu filtern und damit quasi ein reines Fluid zu erzeugen. Dieses strömt dann sowohl über die Strahlungsquelle als auch über den Sensor; es verhindert, dass sich auf diesen beiden Teilen bzw. in deren Bereichen Partikel niederschlagen. Später gelangt dieses reine Gas wieder in den Hauptstrom. Die Nachteile eines Filters wurden schon vorher dargelegt. Sein Verschmutzungs- und Verstopfungsgrad kann nicht bestimmt werden und somit auch nicht, wann der Filter verstopft und damit die Gas-/Luftzufuhr in die Messkammer reduziert bzw. blockiert ist. Die Folgen können z.B. bei einem Brandmelder fatal sein, wenn eine Brandge- fahr zu spät oder gar nicht detektiert wird.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o.g. Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen in Bezug auf den ersten Problemkreis zu vermeiden und eine einfache und betriebssichere Sepa- rierung der zur Messung bestimmter Partikel in einem Fluid zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird durch Massnahmen und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen ergeben.

Die nachfolgend beschriebenen, erfindungsgemässen Partikel- separierungen sind verbesserte Trennverfahren, die sich durch einen hohen Durchsatz, eine hohe Trennschärfe und eine kostengünstige Fertigung auszeichnen und die Nachteile der oben angeführten heutigen Ver- fahren vermeiden. Gleiches gilt für die offenbarten Trennvorrichtungen zur Implementierung derartiger Verfahren.

Mit der erfindungsgemässen Partikelseparierung wird weiterhin auch das o.g. Problem der Ablagerungen in der Messkammer, insbesondere auf den zur Messung dienenden optischen oder elektronischen Einrichtungen, beseitigt oder zumindest vermindert. Durch die Separierung wird allgemein der Partikelgehalt des zu messenden Mediums vermindert, wodurch generell das Eindringen von größeren Partikeln in den Messbereich verhindert und das Verschmutzen der Bauteile wie die Strahlungsquelle und/oder des Sensors reduziert wird. Die sich möglicherweise dennoch ablagernden, kleineren Zielpartikel stellen eine wesentlich geringere Beeinträchtigung dar.

Ein dritter Problemkreis bei den hier diskutierten Mess- und Analyse- verfahren und -geraten betrifft die Licht- oder Strahlungsquelle, die in oder an der Messkammer angeordnet ist und mit deren Hilfe die eigentliche Messung durchgeführt wird. Diese Strahlungsquelle muss eine entsprechende Leistung abgeben, beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich abstrahlen, um die Detektion und Messung von kleinsten Mengen sehr kleiner Partikel zu ermöglichen. Das Problem ist hierbei, dass die Strahlungsquelle eine hohe Strahlungsleistung erbringen muss und dies möglichst konstant über eine möglichst lange Lebensdauer. Dazu ist der Betrieb in einem entsprechenden, engen und meist niedrigen Temperaturband essentiell. Nur so kann gewährleistet werden, dass die maximal mög- liehe Lebensdauer erreicht wird.

Hierfür werden heutzutage folgende, beispielhaft beschriebene Methoden verwendet.

Es werden Kühlkörper so angeordnet, dass die von der Licht- oder Strahlungsquelle erzeugte Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Hierbei ist natürlich ein entsprechender Kühlkörper notwendig, welcher wiederum im Gerät oder außerhalb platziert werden muss. Dies erfordert einerseits baulichen Aufwand, andererseits macht es das Gerät unhandlicher.

Die Licht- oder Strahlungsquelle wird pulsiert betrieben, z.B. mit 1 Hz oder weniger. Damit erzeugt die Lichtquelle weniger Wärme und die Kühlleistung kann reduziert werden. Allerdings ist damit eine kontinuierliche Messung unmöglich, insbesondere sind einzelne Spitzenwerte nicht er- fassbar. Die Strahlungsquelle wird zur Kühlung im Fluidstrom platziert. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass Partikel, welche sich im Fluidstrom befinden, sich an der Strahlungsquelle niederschlagen können. Dies wiederum verringert die abgegebene Strahlungsleistung, welche in die Mess- kammer abgestrahlt werden kann. Sollte hingegen die Strahlungsquelle in einem Bereich mit verringertem Fluidstrom platziert werden, so kann die Kühlleistung nicht ausreichen, womit sich wiederum die Lebensdauer der Strahlungsquelle verringert.

Schliesslich kann eine Strahlungsquelle mit reduzierter Leistung verwendet werden. Damit wird jedoch das Mess- und Detektionsvermögen des Geräts reduziert.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o.g. Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen auch in Bezug auf den dritten Problemkreis zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch Mass- nahmen und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen er- geben.

So ist die hier aufgezeigte, erfindungsgemässe Anordnung der Kühleinrichtung für die Strahlungsquelle für Mess- und Analysegeräte geeignet, die genannten Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine konstante, hohe Strahlungsleistung über einen langen Zeitraum aufrecht zu erhalten. Sie zeichnet sich auch durch eine einfache Konstruktion und damit kostengünstige Fertigung aus.

Ein vierter Problemkreis betrifft die Grosse oder Bandbreite des elektri- sehen Messbereichs von Mess- und Analysegeräten der hier beschriebenen Art. Bei der Messung von kleinsten Partikelmengen an z.B. Brandae- rosolpartikeln, gibt eine Strahlungsquelle, z.B. eine LED, Laserdiode (LD), Xenon-Lampe, etc., ihre Strahlung in einen Messbereich ab. Ein hochempfindlicher photoelektrischer Sensor mit einer elektrischen Verstärkerschaltung misst anschließend die Strahlungstrübung oder die Strahlungsreflexi- on, hervorgerufen von Partikeln, welche sich im Medium in der Messkammer befinden. Die Signalverstärkung erfolgt in der Regel über mehrere hin- tereinandergeschaltete Transistoren (Darlingtonschaltungen) bzw. Operationsverstärkern.

Damit bereits kleine Mengen an sehr kleinen Partikel feststellbar sind, muss im mindestens eine, meist mehrere der folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Ein Messsystem mit einem sehr hohen Signal/Rausch-Verhältnis (S/N- Ratio); 2. eine Strahlungsquelle mit der erforderlichen Strahlungsleistung;

3. eine grosse Verstärkung des Sensor-Ausgangssignals, um ein für die Auswerteschaltung verarbeitbares Signal bereitzustellen, z.B. für eine Anzeige.

Der Nachteil dieser Charakteristik ist jedoch, dass zwar kleinste Mengen an Partikeln mit einer sehr hohen Auflösung gemessen werden können, aber der elektrische Messbereich ist dafür sehr klein. In bestimmten Anwendungsfallen will man aber nicht nur kleinste Mengen an Partikeln messen, sondern zusätzlich auch ein erhöhtes Aufkommen. Dort versagt dann die Messeinrichtung, da der elektrische Messbereich überschritten wird.

Die EP 0733894 zeigt eine mögliche Lösung für dieses Problem. Bei dieser Lösung verringert ein Sensor den der Lichtquelle zugeführten Treiberstrom, um damit die Empfindlichkeit des Geräts auf ein niedrigeres Niveau einzustellen. Der Nachteil ist hier, dass diese Steuerung kompliziert und nicht unbedingt linear ist, denn von der Ansteuerung der Lichtquelle bis hin zum Sensor, welcher das Signal aufnimmt befinden sich zu viele Komponenten, welche mit ihren Toleranzen, Alterungen etc., ein lineares Messergebnis negativ beeinträchtigen.

Eine andere Möglichkeit die zum Einsatz kommt ist, die Verstärkung eines oder mehreren hintereinander geschalteten Verstärkern zu verändern. So kann z.B. mittels eines Schalters von einem Verstärkungswert auf einen anderen umgeschalten. Da bei vielen Verstärkern Widerstandswerte die Verstärkung bestimmen, kann man mittels z.B. mechanischen Schalter von einem Widerstandwert auf einen anderen umschalten und damit die Verstärkung der Schaltung ändern. Diese kann somit erhöht oder auch verringert werden. Der Nachteil ist hier, dass umgeschalten werden muss, entweder manuell oder elektronisch, wobei letzteres wiederum zusätzliche Bauteile erfordert.

Auch hier liefert die vorliegende Erfindung eine Lösung; diese sind in den Patentansprüchen definiert, wobei vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen ergeben.

Die aufgezeigte, erfindungsgemässe Schaltung, die das Ausgangssignal des Sensors verstärkt, hat einen sehr grossen Verstärkungsbereich ohne eine manuelle Umschaltung zu erfordern und erlaubt eine automatische Anzeige einer sehr grossen Bandbreite von Messwerten. Dabei zeichnet sie sich durch eine einfache Struktur und damit kostengünstige Fertigung aus.

Als fünfter Problemkreis in Verbindung mit Analyse- und Messgeräten der genannten Art ist die Schnittstelle für die Grundeinstellung und die Inbe- triebnahme eines solchen Geräts, insbesondere eines Brandmelders. Es bedarf keiner besonderen Fantasie, dass die Fehleinstellung eines Brandmelders katastrophale Folgen haben kann.

Wie bereits beschrieben, kommen für die Detektion und Messung von Verunreinigungen in Luft oder anderen Gasen oft Geräte zum Einsatz, die über ein Rohrleitungssystem mittels einer Ansaugvorrichtung Proben ansaugt, diese einer Messkammer zuführen und dort auswertet. Das Rohrleitungssystem ist i.d.R. zwischen 10m und 200m lang und hat meist mehrere Ansaugöffnungen, häufig mit einem Öffnungsdurchmesser von 2-6mm. Die Geräte für die Detektion von Brandaerosolen werden Ansaugrauchmelder (ARM oder ASD für Aspirating Smoke Detector) genannt und sind weit verbreitet.

Diese Geräte müssen vor Ort eingestellt werden und diese Einstellung bzw. Inbetriebnahme ist kompliziert, fehleranfällig und eine Fehleinstellung kann, wie erwähnt, katastrophale Folgen haben.

Es ist Stand der Technik bei der Inbetriebnahme von Ansaugrauchmeldern die Empfindlichkeit der Messkammer bzw. deren Auswerteelektronik in % Lichttrübung/m eingestellt. Z.B. wird oft 0,5% Lichttrübung/m am Gerät bei der Auslieferung eingestellt. Für die Inbetriebnahme vor Ort muss der erforderliche Einstellungswert bestimmt und die Einstellung korrgiert werden. Dieser selbst sagt jedoch nichts aus, ob die Geräteeinstellung eine normale, hohe oder höchste Empfindlichkeit ist oder wie rasch z.B. eine Brandgefahr detektiert wird.

Bei der Einstellung muss ein Techniker vor Ort zuerst den gewünschten Zielwert je Ansaugöffnung bestimmen. Will man ein Ansprechverhalten erzielen, welches vergleichbar mit einem herkömmlichen Punktmelder ist, so wird z.B. 5% Lichttrübung/m gewählt. Diesen Wert muss der Techniker entweder auswendig wissen oder nachschlagen bzw. nachfragen. Im Brandfall gelangt im ungünstigsten Fall nur in eine einzige Ansaugöffnung Rauch mit Brandaerosolen, in alle anderen Ansaugöffnungen gelangt nach wie vor nur (reine) Luft ohne Brandaerosole. Hat nun das Rohr- System eine bestimmte Anzahl an Ansaugöffnungen, so ist der gewünschte Zielwert je Ansaugöffnung durch Anzahl der Ansaugöffnungen zu dividieren. Das Ergebnis der Division ist anschließend am Gerät einzustellen. Hat z.B. ein Rohrsystem 6 Ansaugöffnungen und der Zielwert je Ansaugöffnung ist 5% Lichttrübung/m, so errechnet man den Wert von 0,83% Lichttrübung/m, nämlich 5%:6 = 0,83%. Dieser Wert muss bei der Messkammer bzw. deren Auswerteelektronik eingestellt werden. Verursachen nun Brandaerosole eine Lichttrübung von 0,83% Lichttrübung/m in der Messkammer, so löst das Gerät einen Alarm aus.

Diese Form der Einstellung, wie sie bei praktisch allen am Markt verfügbaren Geräten zu erfolgen hat, erfordert eine Rechnung, die zwar nicht sehr kompliziert ist, bei der aber leicht Fehler passieren können. Die fatalen Folgen wurden oben schon erwähnt.

Auch hier liefert die vorliegende Erfindung eine einfache und praktikable Lösung, indem sie eine Anordnung vorschlägt, bei der nur noch die Anzahl der Ansauglöcher eingegeben werden muss. Dieser einfache Vorgang ist kaum fehleranfällig und führt daher zu einer weitestgehend sicheren Inbetriebnahme insbesondere von Brandmeldern (Ansaugrauchmeldern).

Einzelheiten der Erfindung sind den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen zu entnehmen. Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele

Nachfolgend werden die verschiedenen Aspekte der Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, die auch in den dazugehörigen Zeichnungen dargestellt sind, im Detail erläutert. Auf den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Brandmeldesystem im Grundaufbau;

Fign. 2a-2c drei Ausführungsbeispiele für eine Partikeltrennung;

Fign. 3a-3c weitere Ausführungsbeispiele für eine Partikeltrennung, wobei Fig. 3a eine Draufsicht und die Fign. 3b und 3c schematische Ansichten zweier Ausführungsformen zeigen;

Fig. 4 ein Beispiel für eine gekühlte Strahlungsquelle;

Fig. 5 ein Beispiel für die Anordnung von Abschirmungen;

Fig. 6 ein Beispiel für eine Mehrbereichs-Verstärkerschaltung;

Fig. 7 eine Tabelle der erzielbaren Verstärkungsfaktoren; Fign. 8a-8b zwei Ausführungsbeispiele für Einstellvorrichtungen; und

Fig. 9 eine Tabelle zur Berechnung der Grundeinstellung eines

Brandmelders.

Die nachfolgend beschriebene Partikelseparierung zeichnet sich durch ei- nen hohen Durchsatz, eine hohe Trennschärfe und eine kostengünstige Fertigung und vermeidet dabei die Nachteile der oben angeführten, bekannten Verfahren.

Die Grundidee besteht darin, vorab eine Partikeltrennung in einem Fluid- bzw. Luftsystem in der Weise durchzuführen, dass nur die gewünschten Zielpartikel in die eigentliche Messkammer gelangen.

Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Brandmeldesystem. Dort wird die Partikeltrennung erreicht, indem die Luft von einem Rohrleitungssystem 11 aufge- nommen wird und in das Brandmeldegerät 12 einströmt. Das Rohrleitungssystem 11 besteht aus einem oder mehreren Rohren und jedes davon hat zumindest eine, meist mehrere Ansaugöffnungen 14. Ein Druckunterschied bzw. Unterdruck, welcher von einer Ansaugvorrichtung, z.B. einem Lüfter 13, erzeugt wird, verursacht das Einströmen der Luft, die somit von den Ansaugöffnungen über das Rohrleitungssystem zum Brand- meldegerät 12 strömt. In letzterem befindet sich eine Abzweigkammer 24. Dieses separiert die Partikel in der angesaugten Luft und nur jener Teil mit den gewünschten Zielpartikeln gelangt zur Messkammer 15. Diese misst dann das Partikelvorkommen. Die Luft mit allen Partikeln verlässt das Brandmeldegerät 12 über den Gehäuseausgang 29. Am Gerät befindet sich eine Schnittstelle 16, welche z.B. Messdaten bzw. Statusinformationen darstellt, Einstellungs- bzw. Datenübertragungsmöglichkeiten bietet.

Fig. 1 zeigt sozusagen den Grundaufbau. In Fig. 2a ist nun ein erstes Beispiel für das erfindungsgemässe Partikeltrennverfahren dargestellt, in dem die Partikelseparierung erfindungsgemäss durch Beschleunigung und nachfolgende Verzögerung erfolgt. Am Eintrittskanal 20, hier ein in die eigentliche Abzweigkammer 24 reichendes Rohr, ist das in Fig. 1 gezeigte Rohrsystem angeschlossen. Durch den engen Rohrquerschnitt, der eine geringere lichte Weite als das angeschlossene (hier nicht gezeigte) Rohr- System hat, erfolgt eine Beschleunigung der einströmenden Luft. Im unteren Bereich der Abzweigkammer 24 endet der Eintrittskanal 20. Die aus seiner Eintrittsöffnung 25 mit hoher Geschwindigkeit strömende Luft, der Gesamtstrom, behält die Richtung bei, verringert aber die Geschwindigkeit wegen der Querschnittsvergrösserung der Abzweigkammer im Verzöge- rungsbereich 30 und der daraus resultierenden Expansionsmöglichkeit. Dabei ist die Verzögerung der im Hauptstrom enthaltenen grosseren Partikel geringer als die der kleineren Partikel, im Wesentlichen infolge des Verhältnisses Masse zu Oberfläche der Partikel. Somit werden die kleineren Partikel leichter abgelenkt. Insgesamt wird die Bewegung des Fluids, hier der Luft, durch den Lüfter 13 erzeugt. Der in der Abzweigkammer 24 herrschende Unterdruck wird einerseits über den Weg Messkammerauslass 31 , Messkammer 15 und Messkammereinlass bzw. Messkammerabzweigung 26a hervorgerufen, andererseits über den Austrittskanal 22, wobei die Druckverhältnisse so eingestellt sind, dass sich die langsamen, kleineren Partikel im Nebenstrom sich zur Messkammerabzweigung 26a bewegen, die hier am am anderen Ende der Abzweigkammer 24 gezeigt ist. Letzteres ist aber keine unabänderliche Bedingung, sondern die Messkammerabzweigung 26a kann sich auch näher am Verzögerungsbereich 27 befinden, wie in Fig. 2c gezeigt. Dort ist auch ein anderer Austrittswinkel α bei der Messkammerabzweigung, hier ca. 90 Grad, gezeigt, der z. B. ein stumpfer Winkel von ca. 135 Grad sein kann, d.h. ein spitzer Winkel relativ zum Hauptstrom 21.

Von der Messkammerabzweigung 26a gelangt der nun beruhigte Nebenstrom 28 mit den kleineren Zielpartikeln zur Messkammer 15. Dieser Nebenstrom 28 ist erheblich kleiner als der Gesamtstrom 21 im Eintrittskanal 20.

Ein besonderer Vorteil ist die Anordnung der Messkammerabzweigung 26a in einem erheblichen Abstand vom Verzögerungsbereich 30 an der Aussenwand der Abzweigkammer 24. Dadurch beruhigt sich nämlich die Strömung und tritt beruhigt in den Abzweigkanal 32a ein, was sich für die nachfolgende Messung in der Messkammer 15 als vorteilhaft erweist.

Die gezeigte Konstruktion bewirkt mit grosser Sicherheit, dass größere Partikel im Hauptstrom 21 verbleiben und verhindert, dass sie die Messkammer erreichen. Zur Messkammerabzweigung 26a und in weiterer Folge in die Messkammer 15 gelangen nur die kleineren Zielpartikel, deren Vorhandensein und ggf. Dichte in der Messkammer 15 bestimmt werden soll. Der für die Funktion des Geräts notwendige Unterdruck wird, wie gesagt, durch den Lüfter 13 erzeugt. Da an der Messkammerabzweigung 26a ein bestimmter Unterdruck herrschen muss, um den Nebenstrom in die Mess- kammer 15 zu bringen, ist das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten im Einlasskanal 20 und im Auslasskanal 22 von Bedeutung, da der Unterdruck im Messkammerbereich ja über den Messkammerauslass 31 erzeugt wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Querschnitt des Austrittskanals 22 kleiner zu wählen als den des Einlasskanals 20, vorzugs- weise etwa halb so gross.

Um dem Haupstrom 21 beim Eintritt in den Verzögerungsbereich 30 eine möglichst grosse Geschwindigkeit zu geben, was ja, wie oben erwähnt, für eine gute und sichere Partikeltrennung wesentlich ist, kann die Eintritts- Öffnung 25 des Eintrittskanals 20 als Düse gestaltet sein, vorzugsweise mit einem lichten Querschnitt, der etwa halb so gross wie der lichte Querschnitt des Eintrittskanals 20 ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Austrittsöffnung 27 des Verzögerungs- bereichs 30, die ja den Eingang des Austrittskanals 22 bildet, so als trichterförmigen Einlauf zu gestalten, dass sie dem Hauptstrom 23 möglichst geringen Widerstand entgegensetzt.

Es scheint auch von Bedeutung für die Sicherheit und Güte der Trennung von Haupt- und Nebenstrom zu sein, dass im Verzögerungsbereich 30 quasi ein Stau auftritt, bevor der Hauptstrom 23 mit den grosseren Partikeln in den Austrittskanal 22 eintritt.

In der Messkammer 15 befinden sich die Messelektronik und die dafür be- nötigten, z.B. optischen Komponenten. Nachdem der Nebenstrom 28 mit den Zielpartikeln die Messkammer 15 durchströmt hat, gelangt dieser zum Messkammerauslass 31 , wo er mit dem Hauptstrom 23 wieder zusammengeführt wird. Gemeinsam gelangen diese dann zur Ansaugvorrichtung, dem Lüfter 13 und in weiterer Folge zum Gehäuseausgang 29.

Fig. 2b stellt eine Variation des in Fig. 2a gezeigten Designs dar. Auch hier ist ein entscheidendes Merkmal der Erfindung der Verzögerungsbereich 30, in dem die Expansions des eintretenden Fluid-Gesamtstroms 21 stattfindet. Einerseits verjüngt sich die Abzweigkammer in Strömungsrichtung des Gesamtstroms 21 , zumindest im Verzögerungsbereich 30 bis zur Aus- trittsöffnung 27. Damit strömt der erste Teilstrom mit den Zielpartikeln vom Verzögerungsbereich 30 im Winkel y zur Messkammerabzweigung 26b.

Auch ist hier die Messkammerabzweigung 26b anders gestaltet als in Fig. 2a. Der anschliessende Abzweigkanal 32b zur Messkammer 15 ist zu- mindest näherungsweise kreisbogenförmig und hat den Radius r. Die Ll- bergänge erfolgen jeweils ohne Kanten, um Luftverwirbelungen und Druckverluste zu vermeiden. Je nach Separierungserfordemis variiert man beim Design auch den Winkel γ und/oder den Abstand vom Verzögerungsbereich 30 zur Messkammerabzweigung 26b. Sollen ausschließlich ganz kleine Partikel im einströmenden Fluids 21 die Zielpartikeln sein, so werden der Abstand vom Verzögerungsbereich 30 zur Messkammerabzweigung 26b größer und/oder der Winkel γ kleiner, z.B. 10 Grad, gewählt.

Soll z.B. die Separierung von Partikel kleiner als 10μm (Mikrometer) erzielt werden, dann dürfen größere Partikel nicht in die Messkammer 15 gelangen und müssen somit im Hauptstrom verbleiben. Dies ist z.B. für die De- tektion von Brandaerosolpartikeln notwendig, denn diese sind je nach Brandart, -verlauf und Messzeitpunkt kleiner als 10μm. Um diesen Sepa- rierungsgrad zu erreichen, muss das Verhältnis zwischen der Breite bzw. der Länge des Verzögerungsbereiches 30 2:1 bzw. 1/5 des Rohrdurch- messers bei der Eintrittsöffnung 25 betragen. Anschließend erfolgt sofort eine starke Beschleunigung des Fluids durch eine Querschnittsverringerung im Austrittskanal 22. Das Verhältnis vom Abstand Eintrittsöffnung 25 bis Messkammerabzweigung 26b zum Rohrdurchmesser des Eintritts- kanals 20 beträgt ungefähr 1 :1 , wobei der Winkel γ kleiner als 20 Grad sein sollte. Dieses Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2b dargestellt.

Fig. 2c zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der auch grossere Partikel des einströmenden Fluids 23 zu den Zielpartikeln gehören. Dort ist sowohl der Verzögerungsbereich 30 selbst anders, insbesondere schmäler und kürzer ausgebildet als auch der Abstand vom Verzögerungsbereich 30 zur Messkammerabzweigung 26c kleiner gewählt. Dazu kann wahlweise alternativ oder zusätzlich der Winkel γ kleiner als 90 Grad, z.B. 70 Grad, gewählt werden.

Die Partikelseparierung wird im wesentlichen bestimmt durch folgende Faktoren:

Form/Gestaltung der Abzweigkammer und des Verzögerungsbereichs 30; - Abstand, Verbreiterung und anschließender Verjüngung von der Eintrittsöffnung 25 bis zur Austrittsöffnung 27; Abstand von der Eintrittsöffnung 25 bis zur Messkammerabzweigung 26;

Druckunterschied Δp zwischen der Eintrittsöffnung 25 und der Messkammerabzweigung 26.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist die kostengünstige Herstellung der Abzweigkammer, da diese praktisch beliebige Formen aufweisen kann, sowohl rund als auch quadratisch bzw. recht- eckig sein kann, was die Fertigung relativ einfach gestaltet. Die Fign. 3a bis 3c zeigen weitere Beispiele für das erfindungsgemässe Partikeltrennverfahren. Hier erfolgt die Partikelseparierung durch Zentrifugalkräfte. In diesem Beispiel - wie auch im vorangehenden - kann das Medium eine Flüssigkeit, aber auch ein Gas oder Gasgemisch wie Luft, kurz ein Fluid sein.

Es ist bekannt, dass eine Partikelseparierung auch durch eine Rotationsbewegung und die damit verbundene Fliehkraft erzielt werden kann. Dabei wird das partikelhaltige Fluid durch geeignete Strömungsführung in eine Rotationsbewegung versetzt, wodurch auf die schwereren und meist grosseren Partikel Zentrifugalkräfte wirken, die eine Bewegung dieser Partikel radial nach außen zur Folge haben. Die größeren Partikel werden somit an den Rand gedrängt und in der Mitte des Fluids befinden sich die kleineren Partikel. Sogenannte Zyklone verwenden dieses Verfahren zur Abschei- düng fester wie flüssiger Partikel.

Im vorliegenden Fall erfolgt jedoch keine Abscheidung der Partikel. Die größeren Partikeln verbleiben im Hauptstrom des Fluids und strömen später aus dem Gerät wieder aus. Es erfolgt eine Separierung und nur das Fluid mit den kleineren Partikeln gelangt in die Messkammer; später gelangt dieses Fluid wieder in den Hauptstrom und verlässt das Gerät.

Die Funktion eines solchen Geräts wird nun im Zusammenhang mit den Fign. 3a bis 3c erläutert, wovon Fig. 3a eine Draufsicht, die beiden ande- ren Figuren schematisierte Schnittansichten darstellen.

Ein Behälter 54, der hier die Abzweigkammer 50 darstellt, weist eine Eintrittsöffnung 53, eine Messkammerabzweigung 55 und einen hier unten liegende, sich verengende Austrittsöffnung mit einem sich anschliessen- den Austrittskanal 62; letztere sind in den Fign. 3b und 3c ersichtlich. In den Behälter 54 strömt das Fluid 52 tangential über die Eintrittsöffnung 53 ein, die z.B. als Schlitzeinlauf ausgebildet sein kann. Die Anordnung des Eintrittskanals 51 und des Behälters zwingt das Fluid nun in eine Kreisbahn 56, d.h. in eine Drehströmung. Generell werden sich dabei die schwereren Partikel, die meist auch die grosseren sind, infolge der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte zur äußeren Wand des Behälters bewegen.

In der Mitte des Behälters befinden sich somit nur die kleineren, leichteren Partikel. Hier ist auch die Messkammerabzweigung angeordnet, die aus einem Rohr 68 mit einer Öffnung 64 besteht. Aufgrund des vorhandenen Druckunterschieds strömt nun eine kleine Menge des Fluids 65 durch die Öffnung 64 der Messkammerabzweigung und gelangt in weiterer Folge in eine Messkammer 15. Dort wird die Menge bzw. Anzahl der kleineren bzw. leichteren Zielpartikel gemessen. Schwerere Partikel gelangen nicht in die Messkammer. Der Fluid-Hauptstrom 63 mit den schwereren Partikeln strömt nach unten, beschleunigt durch den Unterdruck, den der Lüfter 13 erzeugt. Unten weist der Behälter 50 einen sich verengenden Austrittskanal 62 auf, in der sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erhöht. An dieser Stelle ist ausserdem seitlich der Messkammerauslass angeord- net, in dem durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Hauptstroms 63 der erforderliche Unterdruck entsteht.

Der Behälter 60 kann einerseits zylindrisch sein, wie in Fig. 3b gezeigt. Andererseits kann auch ein konischer Behälter verwendet werden, wie er in Fig. 3c dargestellt ist. Natürlich sind auch Mischformen möglich. Weist der Behälter die in Fig. 3c gezeigte konische Form mit dem Winkel δ auf, so verkleinert sich der Radius 71 in Richtung der Strömung 63, was eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids mit den Partikeln zur Folge hat. Vorteilhafterweise erhöhen sich dabei die Zentrifugalkräfte. Beim Einlauf ist auch ein sogenannter Spiraleinlauf möglich, alternativ ist auch ein sogenannter Wendeleinlauf verwendbar, wenn das Fluid senkrecht zur Austrittsöffnung zuströmt.

In diesem Fall wird die Partikelseparierung im wesentlichen bestimmt durch folgende Faktoren:

Durchmesser und Höhe des Behälters Behälterform

Rohrlänge der Messkammerabzweigung - Öffnungsquerschnitt bzw. Durchmesser des Rohrs der Messkammerabzweigung

Druckunterschied Δp zwischen der Öffnung des Rohrs der Messkammerabzweigung und dem Fluid-Hauptstrom Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Behälter

Der oben bereits angesprochene dritte Problemkreis bei den hier diskutierten Mess- und Analyseverfahren und -geraten betrifft die in oder an der Messkammer angeordnete Licht- oder Strahlungsquelle. Dabei ist einerseits die notwendige Kühlung zu betrachten, andererseits die im Betrieb auftretende Verschmutzung durch Ablagerung von Partikeln. Beides beeinflusst die Leistung der Strahlungsquelle und damit die Genauigkeit der Messung bzw. Analyse.

Die Fign. 4 und 5 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemässe Lösung, die die eingangs genannten Nachteile vermeidet.

Fig. 4 zeigt drei Ansichten einer auf einer Platte, z.B. einer Leiterplatte 80, angeordneten Lichtquelle, hier eine LED 81. Diese Leiterplatte mit der LED ist in der Fig. 4 in der Vorderansicht 80a, Seitenansicht 80b und in der Rückansicht 80c dargestellt. Die Referenznummern sind in Fig. 5 wiederholt. Dabei fungiert die Unterseite der Leiterplatte 80 als Kühlkörper und ist aus diesem Grund mit einem temperaturleitenden Material 82 beschichtet. Eine temperaturleitende Durchkontaktierung 83 ermöglicht den Wärmefluss von der Lichtquelle zum temperaturleitenden Material 82. Damit gelangt die Wärme der Lichtquelle zur Rückseite der Leiterplatte und kann von dort ab- oder weitergeleitet werden.

Um die Wärmeableitung zu optimieren, wird die Rückseite der Leiterplatte 80 - jene mit dem temperaturleitenden Material 82 - im Hauptstrom 86 des Mediums bzw. Fluids platziert. M.a.W. der an sich nutzlose Hauptstrom des Fluids dient zur Kühlung der für die Partikel-Messung im Nebenstrom erforderlichen Licht- oder Strahlungsquelle. Damit wird ohne weiteren Aufwand die Wärmeabgabe und die Kühlung der Lichtquelle erheb- lieh verbessert.

Eine erfindungsgemässe Lösung ist in Fig. 5 gezeigt. Dort gibt die Strahlungsquelle 81 ihre Strahlung durch eine Öffnung 84 in die Messkammer 15 ab. Durch z.B. Strahlungstrübung oder -reflexionen, hervorgerufen durch präsente Partikel, kann deren Existenz im Medium bzw. Fluid nachgewiesen und gemessen werden. Dies erfolgt mittels eines Sensors 85a zur Messung von Strahlungsreflexionen und/oder eines Sensors 85b zur Messung der Strahlungstrübung, d.h. zur Transmissionsmessung. Es können auch beide Messungen vorgenommen werden.

Um eine dauerhafte und ausreichende Kühlung zu gewährleisten, muss eine Fluidströmung 86 vorhanden sein. Sollte diese ausfallen - weil z.B. die Ansaugvorrichtung 13 defekt ist - würde dies die Lebensdauer der Strahlungsquelle negativ beeinträchtigen. Somit sollte die Strömung bzw. die Ansaugvorrichtung überwacht werden, was mittels einer Überwachungsschaltung 87 erfolgen kann. Diese gibt den Treiberstrom für die Lichtquelle frei, solange die Ansaugvorrichtung läuft und einen entsprechenden Fluidstrom erzeugt,. Sollte die Ansaugvorrichtung ausfallen oder nicht mehr richtig arbeiten, sperrt bzw. reduziert die Überwachungsschaltung den Treiberstrom. Eine Überhitzung der Strahlungsquelle 81 wird damit verhindert. Die Überwachungsschaltung kann diesen Zustand an einer lokalen Anzeige darstellen bzw. diese Information an eine externe Anzeige übertragen.

Das oben bereits angesprochene Problem der Partikelablagerung, das ja einerseits schon durch die beschriebene Partikelseparierung wesentlich vermindert, wenn nicht gar vermieden wird, kann noch durch weitere Massnahmen reduziert werden.

In Fig. 5 sind eine Reihe von strahlungs- bzw. lichtdurchlässigen Ab- schirmungen 88, 88a und 88b angeordnet. Abschirmung 88 befindet sich direkt vor der Strahlungsquelle 81 ; die Abschirmung 88a vor dem Sensor 85a für die Reflexionsmessung und die Abschirmung 88b vor dem Sensor 85b für die Transmissionsmessung. Die Abschirmungen sind durch die Halterungen 90, 90a und 90b fixiert.

Die Abschirmungen zusammen mit den Halterungen sollten folgende Bedingungen erfüllen:

1. Die Abschirmungen erstrecken sich bis an den Eingang bzw. den Beginn der Messkammer, wo das Fluid einströmt. Sie müssen eine Länge aufweisen, die mögliche Verwirbelungen am Anfang der Abschirmung entstehen lässt und nicht im Messbereich. Diese Verwirbelungen werden verursacht durch die Abschirmungen selbst und die dafür notwendigen Halterungen, wodurch unvermeidlich Unebenheiten, Fugen, Öffnungen, etc. entstehen, die durch Verwirbelung die Ablagerung von Partikeln in diesen Bereichen verursachen. Dies ist jedoch außerhalb des Messbereichs und hat deswegen keinen Einfluss auf die Messung. 2. Die Messkomponenten, wie z.B. die Strahlungsquellen, Sensoren, Linsen, etc. müssen überdeckt werden. In diesen Bereichen dürfen die Abschirmungen nicht unterbrochen werden.

3. Die Abschirmungen erstrecken sich in Strömungsrichtung bis hinter den zur Messung benutzen Bereich. Dort entstehende Unebenheiten, Fugen,

Öffnungen, etc. führen zwar wiederum zu Verwirbelungen und damit zur Ablagerung von Partikeln ab. Dies ist jedoch wiederum außerhalb des Messbereichs und hat daher keinen Einfluss auf die Messung.

Die Abschirmung 89 vor der Strahlungsquelle 81 reduziert zwar die Strahlungsmenge, welche in den Messbereich abgegeben wird - ebenso reduziert die Abschirmung vorm Sensor die Strahlungsmenge welche zum Sensor gelangt - aber dieser Effekt bleibt über die Betriebslebensdauer konstant, da sich hier keine Partikel ablagern. Das Gerät kann nun in der Fertigung entsprechend kalibriert werden und verfügt dann über konstante Messempfindlichkeit während der gesamten Betriebszeit. Eine Nachkalibrierung erübrigt sich.

Das eingangs genannte Problem des zu kleinen elektrischen Mess- bereichs oder Messbands löst die Erfindung durch eine entsprechend modifizierte, relative einfache Verstärkerschaltung mit erweitertem Dynamikbzw. Messbandbereich, die nachfolgend beschrieben wird.

Fig. 6 zeigt diese Verstärkerschaltung. Der IC1 erhält das sehr kleine Ein- gangssignal 100 von einem Sensor, üblich sind wenige mV bzw. mA oder weniger. Dies kann z.B. das Ausgangssignal einer Fotodiode sein. Dieses sehr kleine Signal muss nun entsprechend verstärkt werden, um es weiterverarbeiten zu können. Abgegriffen wird es am Ausgang 103, wo es in der Regel auf mehrere Volt verstärkt ist. Dazu werden meist mehrere, hin- tereinander geschaltete Operationsverstärker verwendet. Bei den Operationsverstärkern wird die Verstärkung bestimmt vom Verhältnis von Rück- kopplungswiderstand zum Eingangswiderstand. Somit wird die Verstärkung des IC1 bestimmt von R2/R1 , die Verstärkung des IC2 von R4/R3 und die des IC3 von R6/R5. D.h. über diese drei Operationsverstärker wird das sehr kleine Eingangssignal 100 auf den gewünschten Wert verstärkt und liegt dann am Ausgang 103 an. Steigt nun das Eingangssignal weiter an, so kommt IC3 ab einem bestimmten Eingangswert in die Sättigung, womit sich das Signal am Ausgang 103 nicht mehr erhöhen kann. Ab hier können die Messwerte nicht mehr bestimmt werden.

In der Schaltung nach Fig. 6 wird das Signal nach der ersten Verstärkerstufe IC 1 aufgesplittet. Das Ausgangssignal des IC 1 wird sowohl dem IC2 als Eingangssignal 101 zugeführt (und gelangt später über den IC3 zum Ausgang 103) als auch dem IC4 als Eingangssignal 102. Beim IC wird die Verstärkung bestimmt vom Verhältnis R8/R7, die jedoch so gewählt sind, dass der IC4 eine geringere Verstärkung als IC2 und IC3 zusammen hat. Damit kommt bei höheren Eingangssignalen 100 zwar der IC3 in die Sättigung, aber nicht der IC4. Folglich liegt dann am Ausgang 104 des IC4 noch ein Messsignal welches in Bezug steht zum Eingangssignal 100.

Unter der Annahme, dass alle in Fig. 6 gezeigten Operationsverstärker den gleichen Verstärkungsfaktor von 10 haben, wird das Eingangssignal 100 um den Faktor 10E3 bis zum Ausgang 103 und um den Faktor 10E2 bis zum Ausgang 104 verstärkt. Daraus resultiert die in Fig. 7 dargestellte Tabelle. Die Spalte T100 stellt den Wert des Eingangssignals 100, die Spalte T103 den Wert des Ausgangs 103 und die Spalte T104 den Wert des Ausgang 104 dar. Alle Werte sind in mV und es wird angenommen, dass sich der Operationsverstärker ab 10'00OmV, d.h. ab 10V, in der Sättigung befindet. Bis zu einem Eingangswert von 10mV verfügt der Ausgang 103 über eine größere Auflösung als der Ausgang 104. Darüber lie- gende Eingangswerte können jedoch, auf Grund der Sättigung, nicht mehr am Ausgang 103 dargestellt werden. Ab hier wird dann auf das Signal des Ausgangs 104 zugegriffen, das noch Eingangssignale bis 10OmV darstellen kann.

Das Signal kann z.B. vom Ausgang 103 mittels eines Konverters 105 auf ein erstes Bargraph-Display 107 zur Anzeige gebracht werden. Dieses zeigt die geringen Partikelwerte an. Das Signal des Ausgangs 104 wird, z.B. auch über einen Konverter 106 auf einem zweites Bargraph-Display 108 zur Anzeige gebracht. Dieses zeigt dann die größeren Partikelkonzentrationen an.

Die beiden Displays 107 und 108 können mit den entsprechenden Spannungsangaben in mV von 1 bis 10 bzw. von 10 bis 100 versehen werden. Diese können aber jede beliebige anderen Werte darstellen oder auch entfallen. Ebenso können die beiden Ausgänge 103 und 104 über einen Ana- Iog-/Digital-Wandler in einen Mikroprozessor eingespeist werden, wo die Ausgangsignale weiterverarbeitet werden. Eine Darstellung kann dann auf einem lokalen Display am Gerät erfolgen und/oder über eine Datenverbindung übertragen werden um das Signal an einer externen Anzeige darzustellen bzw. es weiterzuverarbeiten z.B. in einem Computersystem.

Als letzte Aufgabenstellung bei Analyse- und Messgeräten der genannten Art wurde eingangs die Schnittstelle für die Grundeinstellung und die Inbetriebnahme eines solchen Geräts, insbesondere eines Brandmelders beschrieben.

Eine neuartige Einstellungsschnittstelle gemäss der Erfindung verhindert Fehler und reduziert den Zeitaufwand für die Inbetriebnahme eines Brandmelders und ähnlicher Geräte. Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, kommen für die Detektion und Messung von Verunreinigungen in Gasen und Gasgemischen, insbesondere Luft, Geräte 12 zum Einsatz, welche über ein Rohrleitungssystem 11 mittels einer Ansaugvorrichtung 13 Gasproben ansaugt und diese einer Messkammer 15 zuführt, wo sie ausgewertet werden. Das Rohrleitungssystem ist i.d.R. zwischen 10 und 200m lang und hat meist mehrere Ansaugöffnungen 14.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Anordnung ist so einfach, dass Fehleinstellungen, die bei Brandmeldern natürlich besonders kritisch sind, praktisch ausgeschlossen werden können.

In den Fig. 8a, 8b und 9 sind Einzelheiten dargestellt, die nachfolgend er- läutert werden.

Auf dem in Fig. 8a gezeigten Display 120 wird beim erfindungsgemässen Verfahren die Anzahl der Ansauglöcher eingestellt, was z.B. mittels einer ersten Taste 121 , welche beim Drücken die Anzahl der Ansauglöcher um je eins erhöht, sowie optional einer zweiten Taste 123, die beim Drücken die Anzahl der Ansauglöcher um je eins reduziert, sowie einer Quittie- rungs- oder Bestätigungstaste 122, welche die Eingabeprozedur beendet. Diese Anzeige muss sich nicht unbedingt am Gerät befinden. Sie kann sowohl als ein tragbares Gerät mit einem Verbindungsstecker ausgeführt sein, als auch als Softwarelösung, welche auf einem PC läuft und mittels Datenschnittstelle auf das Gerät übertragen wird.

In Fig. 8b ist eine weitere Einstellungsmöglichkeit dargestellt. Ein auf einer Leiterplatte angeordneter, sogenannter DIP- bzw. DIL-Switch Schalter 124 hat z.B. 12 kleine Schalter. Wenn z.B. Schalter Nr. 10 Stellung ON/EIN hat und alle anderen sind auf OFF/AUS, dann stellt man damit 10 Ansaugöffnungen ein.

Nachdem die Anzahl an Ansaugöffnungen eingestellt worden sind, wird standardmäßig der Auslöse- und Alarmschwellwert für einen Zielwert von z.B. 5% Lichttrübung/m für jede Ansaugöffnung errechnet. Dazu ist die in Fig. 9 gezeigte Tabelle hinterlegt. In der ersten Zeile 130 befindet sich der Zielwert je Ansaugöffnung. Die Anzahl der Ansaugöffnungen ist in Spalte 131 aufgeführt. Das Ergebnis wird errechnet, indem der Zielwert je Ansaugöffnung durch die Anzahl der Ansaugöffnungen dividiert wird. Dieses Ergebnis steht in dann Spalte 132. Bei z.B. acht Ansaugöffnungen und dem Standard-Zielwert je Ansaugöffnung von 5% Lichttrübung/m muss die Messkammer bei einem Lichttrübungswert von 0,63 Alarm auslösen.

Neben der Einheit von % Lichttrübung pro Meter wird auch dB/m verwen- det. Die hier angeführte neuartige Einstellungsschnittstelle funktioniert selbstverständlich mit beiden Einheiten.

Die Tabelle in Fig. 9 zeigt noch zwei weitere Einstellmöglichkeiten. Bei einem Zielwert von 8% Lichttrübung/m für jede Ansaugöffnung würde das Auslösen eines Alarms verzögert, dagegen würde das Auslösen früher erfolgen bei einem Zielwert von 2% Lichttrübung/m für jede Ansaugöffnung. Dies ist dargestellt in den Spalten 133 bzw. 134. Selbstverständlich sind weitere und andere Abstufungswerte möglich.

Die obigen detaillierten Beschreibungen erlauben es dem Fachmann, weitere Ausführungen der Erfindung zu gestalten, wobei die Partikelmessung und -bestimmung schon dann wesentlich verbessert wird, wenn nur ein Teil der o.g. Elemente der Erfindung Verwendung findet.