(57)【要約】【課題】  火災検出装置等において、監視すべき対象空間から取り込まれる空気の温度、流速、流れ抵抗およびその変化を正確且つ確実に検出可能なフローパラメータ決定装置を提供する。【解決手段】  対象空間１２から空気のサンプルを取り込む空気取込チャネル９に空気流センサ１および温度センサ２が配置される。これら空気流センサ１および温度センサ２は、定温モードで動作される熱電センサであり、マイクロプロセッサ４内のレギュレーションアルゴリズムおよび評価アルゴリズムにより、センサに供給される電力Ｐに基づいて計算される。
2006502392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定温モードで動作される熱電空気流センサ（１）、熱電温度センサ（２）および前記空気流センサ（１）の超過温度ΔＴを設定するレギュレーション回路（３）を有し、特に煙およびガス取込検出器における監視すべき流体流れ内の流速、流れ抵抗およびその変化等のフローパラメータ決定装置において、
マイクロプロセッサ（４）により実行される前記レギュレーション回路（３）は、前記空気流センサ（１）で前記超過温度ΔＴを一定に保持されるレギュレーションアルゴリズムを含むことを特徴とするフローパラメータ決定装置。
【請求項２】
前記マイクロプロセッサ（４）は、前記空気流センサ（１）の加熱電力Ｐに基づいてフローパラメータを計算する評価アルゴリズムを更に備え、特に取込パイプシステム（１３）のマスストリームＮ、流速ｗ、ボリュームストリームＶおよび流れ抵抗Ｆｗを計算することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記評価アルゴリズムは、前記流体流れの温度依存および／又は圧力依存密度変化の補償を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記マイクロプロセッサ（４）は、前記フローパラメータの開始値を格納するメモリを含み、前記評価アルゴリズムにおける前記フローパラメータの状態変化を計算することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記評価アルゴリズムは、前記流体流れの微小、急激な変化、特にボリュームストリームの変化を認識することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の装置を動作させる方法において、
前記空気流センサ（１）は、短時間の間ピーク温度に上昇されることを特徴とするフローパラメータ決定装置の動作方法。
【請求項７】
前記ピーク温度は５００℃であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
監視されるべき流体流れのフローパラメータ、特に煙およびガス取込検出器における温度Ｔ、流速ｗおよびその変化Δｗを決定する方法において、
ａ）熱電温度センサ（２）により前記流体の温度Ｔを決定するステップ、
ｂ）定温モードで動作され、熱電空気流センサ（１）で前記流体温度Ｔの関数として設定された超過温度ΔＴのレギュレーションするステップ、
ｃ）前記熱電空気流センサ（１）から奪われた熱量を決定するステップ、および
ｄ）マイクロプロセッサ（４）にて実行される評価アルゴリズムにより前記奪われた熱量Ｑに基づきフローパラメータ、特に温度Ｔ、流速ｗ、流れ抵抗Ｆｗおよびその変化ΔＦｗを計算するステップを備えることを特徴とするフローパラメータの決定方法。
【請求項９】
前記ステップｄ）の後に、ｅ）前記ステップＤ）で決定されたフローパラメータの温度依存および／又は圧力依存流体密度変化を補償する付加ステップを備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップｅ）の後に、ｆ）前記ｄ）で決定されたフローパラメータの時間変化、特に微小、急激なボリュームストリームの変化を決定する付加ステップを備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
監視すべき空間又は機器部から空間の空気又は機器の冷却空気のサンプルを絶えず抜き取り、パイプラインシステム（１３）を介して検出器（８）へ送り、火災特性値および／又はその他のガス、特に酸素を検出する吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置において、
請求項１乃至４の何れかに記載のフローパラメータ決定装置を特徴とする吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置。
【請求項１２】
前記空気流センサ（１）および／又は温度センサ（２）は、検出器（８）、特に該検出器（８）の空気取込チャネル（９）の中央に組み込まれることを特徴とする請求項１１に記載の吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置。
【請求項１３】
前記空気流センサ（１）は、断面が狭くされた前記検出器（８）の空気取込チャネル（９）に配置されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に煙である監視すべき流体中の、特に温度、流速およびその変化であるフロー（流れ）パラメータを決定する装置、定温モードで動作する熱電空気流センサ、熱電温度センサおよび空気流センサで超過温度ΔＴを設定する規制回路を有するガス取込検出器および斯かる装置の動作方法、対応する作業方法および斯かる装置を備える火災認識装置又は酸素測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したタイプのフローパラメータ決定装置および対応する斯かる装置の動作方法は、特に加熱ワイヤ風速計において周知である。ここで、加熱ワイヤを流体の流れの中に入れ、この流体からの取込熱量を使用することにより種々のフローパラメータに関する情報が取得可能である。
【０００３】
加熱ワイヤ風速計の場合には、定流動作および定温動作の２つの基本動作モードがある。多くの場合後者が使用されるが、その理由は、なかんずく加熱ワイヤ（センサ）の熱慣性が回避でき、従ってセンサの精度の向上が実現できるためである。
【０００４】
定温動作モードの基本アイデアは、センサの熱慣性の影響を低減することであり、加熱ワイヤが一定温度（抵抗）に保持され、これに要する電流が流体の流速の目安（メジャー又は測定値）として使用される。そのために、一般にホイートストンブリッジ回路が使用され、これにより帰還（フィードバック）手段により抵抗、即ち加熱線の温度は常に一定値である。熱平衡状態において、センサの熱損失は、加えられた電力と等しくなければならない。風速計の観点で、流速および電力間の関係が主な関心事である。この関係は極めて複雑であり、与えられた条件によりケースバイケースで変形された経験則（Ｋｉｎｇ法則）によってのみ説明できる。そこで、評価に際しては、リニアライザ（線形化手段）の使用が必要になる。
【０００５】
図１は、定温風速計の基本回路図を示す。平衡状態において、ブリッジの垂直対角線部Ｃ−Ｄにある電圧が印加され、この電圧はサーボ増幅器１５により供給される。もしセンサ１８における対流冷却が変化すると、水平対角線部Ａ−Ｂ間に微小電圧が生じ、この電圧は何倍かに増幅された後、ブリッジの垂直対角線部Ｃ−Ｄに帰還される。ここで、帰還電圧の極性は、ブリッジが自動的に平衡するように選択されている。
【０００６】
流体の速度と測定パラメータとして検出された電力との複雑な関係とは別に、センサの奪われた熱変化への応答における付加的な問題がある。また、これは例えば流れる媒体の温度又は圧力の変化によっても生じ得る。これは、例えば測定されるフローパラメータに基づき流体が流れているパイプシステムの状態に関して信頼線の高い結論を引き出すことを可能にするために、この方法が連続使用される場合に特に問題となる。
【０００７】
特に、吸引火災認識装置又は酸素測定装置における取込パイプ内の空気流を監視する際に、火災認識装置又は酸素測定装置のエラー（誤動作）のない動作を保証するために、この取込パイプシステムにおける詰まり又はパイプ破損が高信頼性で検出されることが重要である。ここで、吸引火災認識装置は、複数の場所においてパイプラインシステム又はチャネルシステムにより監視すべき空間（スペース）の空気の一部分を積極的に引き込み、そしてこれらの一部分の量を検出器へ通過させて火災特性値の決定又はこの空気中のガス、特に酸素を決定する装置であると理解されたい。
【０００８】
吸引火災認識装置は、本質的に個別の小さい開口を有する取込パイプ、この取込パイプシステムの取込開口を介して対象空間から空気のサンプルを取り出すファンおよび検出器により構成され、その後、この検出器により取り出された空気サンプルの火災特性値を決定する。この吸引火災認識装置は、対象空間から空気サンプルを積極的に取り出し、存在し得る火災特性値を取り出すので、斯かる装置は、従来のソリューション（解決法）に比較して遥かに迅速且つ高感度で火災に反応して始動する。そこで、最高の介入策が得られる。
【０００９】
ここで、火災特性値の用語は、始まった火災環境の測定可能な変化、例えば周囲温度、周囲の空気中における固体、液体又は気体の割合（粒子、煙霧質又は蒸気形態の煙の形成）又は周囲放射を生じさせる物理的変数であると理解される。更に、吸引火災認識装置は、最小且つ僅かに知覚し得る火災特性値が検出できると思われるあらゆる場所で使用され、例えばＥＤＰシステム又はサーバールームを含む家屋や空間の監視に特に有用である。
【００１０】
ＥＤＰエリア、送配電室又は高価な商品を保管する貯蔵エリアの如く設備や固定物等が水に対して敏感である閉鎖した空間では、火災および消火のリスクを低減するために所謂イナーシャタイゼーション（不活性化）方法の採用が増加している。この方法による消火効果は、酸素の置換原理に基づいている。通常の空気は、体積比で２１％の酸素、７８％の窒素および１％のその他の気体から構成されることが知られている。消火および火災防止には、問題となる空間の不活性ガス濃度を増加し且つ純粋な窒素等の酸素排除不活性ガスを導入して酸素の割合を減少することである。酸素の割合が体積比で１５〜１８％に低下すると、多くの物体は最早燃焼しない。問題の空間に存在する燃焼可能な物質により、酸素の割合を更に体積比で、例えば１２％に減少する必要があるかも知れない。
【００１１】
斯かる不活性化方法を実行する不活性ガス装置は、実質的に次の構成要素を備えている。即ち、監視すべき対象空間における酸素濃度を測定する酸素測定装置、この空間空気又は対象空間中の火災特性値を検出する火災認識装置、これら酸素測定装置および火災認識装置のデータを評価して不活性化方法をシーケンスコントロールする制御装置および不活性ガスを生成して対象空間に不活性ガスを急速に導入するシステムである。
【００１２】
この酸素測定装置は、対象空間の基本不活性化レベルを設定する機能を有する。（例えば対象空間のリークにより）酸素濃度の閾値を越えると、制御装置は特殊システムへ指令を出してその空間へ不活性ガスを導入して酸素濃度を減少する。この酸素測定装置は、この基本不活性化レベルに再度到達するとき信号を出す。ここで、基本不活性化レベルの場所は、空間の特性に依存する。
【００１３】
好適な用途では、吸入火災認識システムは、不活性化ガス装置と組み合わされ、火災を防止および／又は消火する。ここで、不活性ガス装置の酸素測定装置および火災認識装置は、吸入火災認識システムに組み込まれる。次に、後者は、取り込まれた空気のサンプルから制御に利用可能な対象空間の監視に必要なデータを作成する作業を行う。吸入装置に問題が生じなく且つできる限り保守を不要にするために、検出器に供給される空気サンプルのボリュームストリーム（体積流れ）を連続して監視する必要がある。しかし、このボリュームストリームは、加えられる空気サンプルのマスストリーム（質量流れ）および密度（濃度）に依存し、そしてこれは空気の気圧および温度の関数である。従って、ボリュームストリームの監視は、測定技術の点で極めて複雑な作業であることが分かる。更に、取込パイプシステム、即ち取込開口の目詰まり又は破損を高信頼性で検出するには、ボリュームストリーム監視に関する高い測定精度が必要である。またこれは、ボリュームストリーム監視に測定技術が使用される場合には、空気密度、即ち気圧の影響を補償すること等を含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
吸引火災認識装置の取込パイプシステムのボリュームストリーム監視に従来使用された測定技術は、非常に大きな不確定要素があった。即ち、単にボリュームストリームのみを考慮し、取込パイプシステムの状態に関する高信頼性の情報を提供できるようにするために流れ抵抗を考慮していなかった。これらの不確定要素は、使用されるセンサが流体流れ温度および空気圧、即ち流体の密度に依存することその他の事実による。従って、等価することなく連続使用に不適当であった。取込パイプシステムにおけるボリュームストリームの高信頼性監視には、できる限り正確な測定データの評価が必要である。
【００１５】
更に、最新技術で知られたソリューションの場合には、長時間継続するボリュームストリームの変化のみを評価することは問題である。ここで、これらの変化を閾値と比較し、閾値を超えた場合のみに空気流の問題を報告するのが普通であった。しかし、周囲の影響（空気圧および温度）による誤ったメッセージを避けるために、比較的大きな閾値が選択されている。しかし、長いパイプは、流れ抵抗が大きいので、パイプの先端での破損は、空気流の変化はごく僅かである。この空気流の比較的小さな変化は、最新の技術の装置および方法でも検出できないのが一般的である。
【００１６】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、上述の如き、特に煙警報およびガス吸引警報で使用されるタイプの空気流監視装置において、フローパラメータが連続的且つメンテナンス（保守）を必要とすることなく検出でき、十分に高精度であり、取込パイプの状態に関する信頼性の高い情報が提供できる装置、斯かる装置の対応する動作方法および対応する作業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するために、本発明は、上述したタイプの装置であって、装置内のレギュレーション回路に含まれるレギュレーションアルゴリズム手段を備え、またこれにより空気流センサにおける超過温度ΔＴを一定に維持する。
【００１８】
上述の目的を達成するために、本発明による斯かる装置の動作方法は、空気流センサを短時間だけピーク温度に上昇させる。
【００１９】
上述した課題を解決するために、本発明のフローパラメータ、特に煙およびガス取り込み検出器における被監視流体の流れにおける温度Ｔ、流速ｗおよびその変化Δｗの決定方法は、次のステップによる。即ち、流体の温度Ｔは、熱電温度センサ手段により決定され、定温モードで動作する熱電空気流センサで設定される超過温度ΔＴは、流体温度Ｔの関数として一定値にレギュレートされ、熱電空気流センサから奪った熱量を決定し、マイクロプロセッサで実行される評価アルゴリズムを使用して、特に奪われた熱量に基づいて温度、流速およびその変化であるフローパラメータを決定する。
【００２０】
最後に、本発明の目的を達成するために、本発明の吸引火災認識は、被監視空間又は機器の一部から空間の空気又は機器の冷却空気のサンプルを連続して取り、それを検出器へ送ってパイプラインシステムにより火災特性値を検出し、そして上述したフローパラメータを決定する装置を備えている。
【００２１】
本発明による装置を使用することにより、上述した方法を実行する可能性示される。
【００２２】
本発明の好適実施例は、上述した決定装置に関して請求項２乃至５に示され、動作方法に関して請求項７に示され、決定方法に関して請求項９および１０に示され、吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置に関し請求項１２および１３に示されている。
【００２３】
そこで、この装置にはマイクロプロセッサが設けられ、このマイクロプロセッサは、空気流センサの加熱電力Ｐを用いてフローパラメータを計算する、特に流体の流れのマスストリームＮ、流速ｗおよび温度Ｔを計算する評価アルゴリズムを更に備えている。
【００２４】
本発明の効果的な実施例によると、評価アルゴリズムは、流体の流れの微小および急激な流れの変化、特にボリュームストリームの変化の認識を含んでいる。そのために、高精度のボリュームストリーム測定のみならず空気密度の影響の補償も実行して、これにより流れ抵抗の評価を可能にする。空気流センサおよび温度センサと共に現在の温度およびできれば現在の空気圧の格納された初期値を使用して、空気流の微小且つ急激な変化も検出可能である。ここで、基本思想は、破壊的な周囲の影響（空気圧、温度）により生じる変化は、一般にパイプ破壊よりもゆっくり進行することである。従って、微小および急激な変化の評価により、例えば意図的な破壊又は取込開口の前に段ボール箱等を配置した場合に生じる単一の取込開口の急激な詰まりの検出も可能にする。
【００２５】
特に効果的な実施例では、評価アルゴリズムが流体流れにおける温度依存および／又は圧力依存密度変化の補償を含んでいる。
【００２６】
本発明による決定装置の可能な実施例では、マイクロプロセッサがフローパラメータの初期値を格納するメモリを含んでいる。
【００２７】
可能な実施例において、空気流センサは、ピーク温度に短時間だけ上昇させることができるように設計される。
【００２８】
斯かる決定装置の動作のために、空気流センサは、５００℃までのピーク温度に短時間だけ上昇させるように設計するのが好ましい。これにより、空気流センサは、特に短時間だけ極めて高い温度に効果的に上昇させることにより、堆積された不純物が排除できる。ここで、全ての加熱電力は、空気流センサに付着している埃粒子を焼失させる又は解放するために使用される。この期間中、吸引火災認識装置のファンを停止し、空気流センサの冷却を避けるのが好ましい。このクリーニングにより、連続動作させても埃粒子が空気流センサに付着又は堆積しないようにしてセンサの感度を常に不変にする。
【００２９】
本発明の可能な実施例によると、吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置のフローパラメータを決定する本発明による装置が組み込まれ、空間又は被監視機器の一部から空間空気又は機器の冷却空気のサンプルを取り、それを検出器へ送り、パイプラインシステムにより火災特性値を検出する。
【００３０】
他の好適実施例によると、本発明による装置の空気流センサ又は温度センサは、吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置の火災特性値用検出器の空気取込チャネルの特に中央に組み込まれている。
【００３１】
最後に、空気流センサは、好ましくは本発明による吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置の空気取込チャネルにおける断面が狭くされた部分に配置されている。この構成により、空気流センサは、断面を狭くすることにより流速が増加された位置に配置される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると次の如き種々の顕著な効果が得られる。先ず、マイクロプロセッサにて実現するレギュレーションアルゴリズムを含むレギュレーション回路を設けることにより、空気流の超過温度ΔＴを一定に保つことが可能である。これにより、空気流センサは、流体温度の変動又は変化に無関係に動作点、即ち動作温度に高精度で調節可能である。従って、熱電空気流センサから奪われた熱量は、流体から奪われた熱量のみに正確に対応する。このレギュレーション回路を備える実施例において、空気流センサを流れる電流、即ち空気流センサから奪われた電力は、被測定フローパラメータ（速度、マスストリーム等）の測定値を正確に代表し、流体温度の変動により生じる不確定さの影響を受けない。
【００３３】
また、本発明によると、パイプラインシステムにおける空気流の監視を最適化することにより、特に煙およびガス取込検出器におけるフロー変数を決定する極めて有効な方法が実現される。特に、熱電空気流センサでの超過温度ΔＴは一定値であり、流体温度Ｔに無関係であるので、熱電空気流センサは、予め決定された動作点、即ち動作温度で正確に使用され、従って、奪われた電力は、流体流れのみに正確に依存する。本発明の方法によると、測定エラーは明らかに減少される。
【００３４】
本発明の熱電空気流センサによると、流体流れにより加熱センサから奪われた熱量Ｑは、決定されるべきフローパラメータの目安である。ここで、超過温度ΔＴは、一定値をとるので、奪われた熱量Ｑは、センサに供給される加熱電力Ｐと等しい。この加熱電力Ｐは、加熱電流に依存し、次式１で表される。
Ｐ  ＝  Ｉ２・Ｒ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒはセンサの内部抵抗である。センサから奪われた熱量Ｑは、次式２で表される。
Ｑ  ＝  [Ａ＋Ｂ・（ρ・Ｖ）１／ｎ]・（ΔＴ−Ｔ）  ・・・・・（式２）
ここで、Ａ、Ｂおよびｎはセンサの開始前に実験的、即ち校正手段で決定され、ρは流体密度を表す。上記の式１および式２から、流体流れのボリュームストリームＶおよびマスストリーム（ρ・Ｖ）は加熱電力Ｐおよび温度Ｔにより決定可能である。
【００３５】
上記の式１および式２から、流体流れのボリュームストリームＶおよびマスストリームＮ＝ρ・Ｖは、加熱電力Ｐおよび温度Ｔにより決定されることが分かる。パイプ内の流れ抵抗Ｆｗは、流速ｗに依存し、次式３で表される。
Ｆｗ  ＝  ０．５・ｃ・Ａ・ρ・ｗ２  ・・・・・（式３）
ボリュームストリームＶは、流速ｗおよびパイプの断面積Ａに依存するので、次式４で表される。
Ｖ  ＝  Ａ・ｗ  ・・・・・（式４）
そこで、パイプ内の流れ抵抗Ｆｗは次式５で表される。
Ｆｗ  ＝  ０．５・ｃ・ρ・Ａ−１・Ｖ２  ・・・・・・（式５）
この式５から、パイプラインシステム内の流れ抵抗Ｆｗおよびその変化は、ボリュームストリームＶにより決定可能である。
【００３６】
更に、これらの測定値に基づいてパイプラインシステム内の流れ抵抗の変化を決定することが可能である。そこで、最新の測定値を、例えばシステムの開始時にメモリに記録および格納された開始測定値と比較する必要がある。更に、本発明による方法は、取込パイプシステムにおける流れ抵抗の変化の決定に好適である。このために、正確なボリュームフロー測定の実行のみならず、空気又は流体密度ρの影響の補償が実行され、流れ抵抗を高精度に決定可能にする。空気流および温度センサの格納された開始値並びに最新の温度および場合によっては最新の絶対空気圧を使用して、この目的のために設定されたテーブルから補正係数が決定される。取込パイプシステムやファンの異なる取込電力値が異なると、異なる補正係数が必要であるので、このテーブルが必要である。例えば空気圧測定のために別に設けられたセンサを使用して最新の絶対空気圧を記録することも可能である。勿論その他の用途も可能である。
【００３７】
また、評価アルゴリズムを含むマイクロプロセッサを設けた実施例では、マイクロプロセッサに実施されたレギュレーションアルゴリズムが、高精度センサ特性ラインによる熱電空気流センサの基準抵抗を計算し且つ高精度レギュレーション回路（例えば、ＰＩレギュレータ）が形成可能である。そこで、熱電温度センサの電圧は、例えばＡＤ（アナログ・デジタル）変換器を使用して測定し、その後フィルタしてノイズおよびその他の緩衝を除去する。測定電圧を使用して、流体流れの温度Ｔ０が計算される。所望の一定超過温度ΔＴ（例えば４０℃）は、流体温度Ｔ０に加算される。その結果は熱電空気流センサの基準温度Ｔｓｏｌｌである。空気流センサの基準抵抗は、これからマイクロプロセッサの評価アルゴリズムで、高精度センサ特性ラインにより決定される。レギュレータは、空気流センサの加熱ワイヤの電圧をレギュレートし、空気流センサの抵抗の実際値を基準値にセットする。これにより、超過温度ΔＴは本発明により一定値に保持される。熱電空気流センサの又はそれを介する電圧および電流は、ＡＤ変換器により測定され、その後にフィルタされる。これから、電力Ｐが計算され、これは同時に空気流の目安（測定値）を表す。
【００３８】
流体流れの密度補償用評価が設けられたアルゴリズムを含む実施例では、特に流体流れの温度依存又は圧力依存密度の変化を考慮する手段により、流体流れから奪った電力は、流体流れの密度変化の変動に無関係である。これにより、本発明により決定されるフローパラメータ、特に流れ抵抗の精度は、明らかに改善される。
【００３９】
また、本発明の装置によると、フローパラメータのみが評価アルゴリズムにより高精度で計算できるのみならず、フローパラメータの長期間にわたる状態変化も決定可能である。フローパラメータの勾配の計算は空気流の正確な値に基づいているので、この実施例によると、例えば煙およびガス取込検出器のパイプシステムの変化を測定が可能である。斯かる変化は、緩やかな又は急激な目詰まり、クラック又は破損により生じる。空気流センサの超過温度ΔＴは、本発明により一定に保持されるので、空気流パラメータの勾配は、温度関連又はその他のシフトに影響されない。同様に、反復して実行しなければならない空気流センサの等価作業が除去可能である。
【００４０】
また、本発明の空気流センサによると、このセンサの寿命を特に長くすることが可能である。
【００４１】
また、本発明の吸引火災認識装置および酸素測定装置を組み込んだ実施例によると、パイプシステムの空気流は、正確に監視でき且つ緩やかな又は急激な目詰まり、クラック又は破損により生じるパイプシステムの変化を、高信頼性で検出可能である。その結果、吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置は、特に高信頼性であり且つ保守作業が不要である。
【００４２】
本発明の空気流センサ又は温度センサによると、吸引火災認識装置の電気コンポーネント（又は部品）の全ては、一体化可能である。その結果、斯かる火災認識装置および／又は酸素測定装置の構成は、特に明瞭および容易に実現可能である。
【００４３】
また、本発明の空気流センサのダイナミクスは、増加可能である。これにより、フローパラメータの極僅かの変化でも検出および評価が可能である。その結果、本発明によるフローパラメータの決定装置の感度を増加可能である。同時に、吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置の監視の最適化が実現可能である。その他の用途も勿論可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明によるフローパラメータ決定装置および方法の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して総裁に説明する。
【００４５】
先ず、図１は、最新技術による定温風速計の基本構成図である。定温動作モードの基本アイデアは、センサ素子１８が常時一定温度（抵抗）に保持されており且つこの目的に使用される電流が流速の目安として使用される点で、加熱ワイヤセンサ１８の熱慣性の影響を減少可能である。そのために、ホイートストンブリッジ回路が一般に使用され、これにより加熱ワイヤ１８の抵抗、即ち温度が帰還手段により常時一定に保持されている。
【００４６】
平衡状態において、ブリッジの垂直対角線部Ｃ−Ｄにある電圧が印加され、この電圧はサーボ増幅器１５により供給される。もしセンサ１８における対流冷却が変化すると、水平対角線部Ａ−Ｂに微小電圧が生じ、この電圧は何倍かに増幅された後、ブリッジの垂直対角線部Ｃ−Ｄに帰還される。ここで、帰還電圧の極性は、ブリッジが自動的に平衡するように選択されている。ここで、流体の流速および風速計の電圧間の関係は、線形ではないので、更なる評価にはリニアライザ（線形化器）を使用する必要がある。通常、この線形化の後で直接校正曲線を使用して、風速計電圧から流速を決定する。一般に、図１に示す回路のセンサ１８は、奪われた熱の変化に応答する。これは、例えば流体の温度や圧力によっても生じる。しかし、フローパラメータの高精度測定を実行するには、これらのパラメータも考慮する必要がある。図１に示す最新技術による定温風速計の基本構成で、センサ１８で設定された超過温度に対する流体温度の変動は、更に考慮されていない。可能な限りの最も正確な測定を行うには、一定温度差、即ちセンサ１８での超過温度を設定するのが実用的である。
【００４７】
図２は、本発明によるフローパラメータ決定装置の好適実施例のブロック図を示す。本発明による装置は、定温モードで動作する熱電空気流センサ１および温度センサ２により構成される。これら２つのセンサ１、２は、被測定流れの中に設けられる。これらセンサ１、２の制御および読み取りは、レギュレーション回路３により行われる。この回路は、マイクロプロセッサ４内にレギュレーションアルゴリズムを含んでおり、これにより空気流センサ１の超過温度ΔＴが一定値に保持される。従って、熱電空気流センサ１の基準抵抗を高精度のセンサ特性ラインにより計算し且つ高精度レギュレーション回路を形成することが可能である。この目的で、温度センサ２の電圧Ｕ０は、先ずＡＤ変換器５を使用して測定される。その後、フィルタ６を使用してノイズやその他の干渉が除去される。評価ユニット７において、空気温度Ｔ０がこれにより計算される。この予め確立された一定の超過温度ΔＴは、他のステップで空気温度Ｔ０に加えられる。その結果、熱電空気流センサ１の基準温度Ｔｓｏｌｌが得られる。センサ１の基準抵抗は、これからマイクロプロセッサ４により高精度センサ特性ラインに従って計算される。その後、レギュレータ３は、空気流センサ１の電圧をレギュレートし、抵抗の実際の値を予め決定された基準値に設定される。これにより、空気流センサ１の超過温度ΔＴは一定に保持される。
【００４８】
流速の決定に際して、熱電空気流センサ１の電圧Ｕ１および電流Ｉ１は、ＡＤ変換器５により測定され、その後フィルタ６でフィルタされる。他の評価ユニット７において、空気流センサ１の実際の抵抗値および電力Ｐは、これにより計算される。超過温度ΔＴを一定に保持するために必要な電力Ｐは、空気流の目安である。
【００４９】
図２に示す本発明による装置の実施例により、フローパラメータを殆どエラーなく測定可能であり、フローパラメータ、特に流れ抵抗の変化も計算可能である。このために、フローパラメータの開始値がマイクロプロセッサ４に組み込まれたメモリ（図示せず）に格納される。次に、フローパラメータの勾配の連続計算を、評価アルゴリズムを使用して実行する。この実施例では、例えばフローチャネルの緩やかな又は急激な目詰まり、クラック又は破損により生じる流体流れの変化を検出可能である。
【００５０】
温度および／又は空気圧の変化により空気密度が変化する場合には、パイプシステムが不変であっても、検出される流体のボリュームストリームも変化する。その結果生じる密度変化により必要になる補償は、マイクロプロセッサ４にて実行される。この補償係数は、開始値（温度および空気流）および最新温度を使用して行われる。オプションとして、絶対空気圧センサ（図示せず）を使用して、空気圧を測定する。
【００５１】
図３は、本発明による吸引火災認識装置又は酸素測定装置の好適実施例の構成を示す。種々の取込開口を介して空気のサンプルを引き込む取込パイプシステム１３が対象空間１２に配置されている。この取込パイプシステム１３には、取込検出器が備えられ、対象空間１２からの空気サンプルが検出器８へ送られ、火災特性値を認識する、即ち酸素やその他のガスを測定する。更に、ファン１４が設けられ、パイプラインシステムを介して対象空間から空気サンプルを抜き取る作用をする。ここで、ファン１４の抜取電力は、関連する取込パイプシステムに適合される。図示した吸引火災認識装置又は酸素測定装置がエラーなく動作するのを保証するために、取込パイプシステム１３を介して検出器８に送られる空気流を常時監視し、取り込みにおけるトラブルをタイムリーに認識することが必要である。そのために、本発明によるフローパラメータの決定装置は、吸引火災認識装置又は酸素測定装置の取込検出器内に配置される。
【００５２】
図４ａおよび図４ｂは、図３に示す本発明の装置の実施例における長手（縦）方向の断面図および火災特性値、即ちガス用検出器８を通る断面図である。この断面線は、図４ａ中に点線で示す。図示の検出器において、熱電空気流センサおよび温度センサ１、２は、取込検出器の煙および／又はガス測定セル内に組み込まれている。これら２個のセンサ１、２は、空気通過チャネル９の中心に配置される。空気流センサ１のレベルにおいて、断面は狭くされ、流速を増加させる。これにより、空気流センサ１のダイナミクスは増加される。
【００５３】
本発明の更なる展開において、空気流センサ１は、非常に高温に短時間だけ動作させることにより、汚染物を除去する。この期間中、ファン１４を止めて冷却を避ける。加熱電力の全てを使用して空気流センサ１に付着している埃粒子を燃焼又は解放する。この期間中には、空気流評価は行わない。このクリーニングは、定期的に自動的に行うか又は手動で行う。このクリーニングの結果、空気流センサ１の感度は、長期間使用しても、埃粒子の堆積により低下することがない。
【００５４】
以上、本発明の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨および精神を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることおよび種々の応用が可能であること当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】典型的な定温風速計の基本構成図である。
【図２】本発明によるフローパラメータ決定装置の好適実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明による吸引火災認識装置の好適実施例の構成図である。
【図４】ａ  図３に示す吸引火災認識装置の火災特性値の検出器を通る長手断面図である。  ｂ  図３に示す吸引火災認識装置の図４ａの点線で示す線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  空気流センサ
２  温度センサ
３  レギュレーション回路
４  マイクロプロセッサ
５  ＡＤ変換器
６  フィルタ
７  評価ユニット
８  検出器
９  空気取込チャネル
１０、１１  ガスセンサ又は煙センサ
１２  対象空間
１３  取込パイプシステム
１４  ファン
１５  サーボ増幅器
１６  抵抗器
１７  可変抵抗器
１８  加熱ワイヤセンサ
１９  電圧源
Ｐ  電力
Ｉ  センサ加熱電流
Ｕ  センサ電圧
Ｒ  センサ抵抗
Ｖ  ボリュームストリーム
ｗ  流速
Ｆｗ  流れ抵抗
Ｃ  抵抗係数
ρ  流体密度
Ｎ  マスストリーム
Ｔ  流体温度
Ｑ  奪われた熱量
Ａ  パイプの断面積
【図１】
2006502392.tif 000003
【図２】
2006502392.tif 000004
【図３】
2006502392.tif 000005
【図４】
2006502392.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月10日(2004.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定温モードで動作する熱電空気流センサ（１）、熱電温度センサ（２）および前記空気流センサ（１）の超過温度ΔＴを設定するレギュレーション回路（３）を有し、マイクロプロセッサ（４）にて実行される該レギュレーション回路（３）はレギュレーションアルゴリズムを含み、該レギュレーションアルゴリズムにより空気流センサ（１）の超過温度ΔＴは一定に保持される、特に煙およびガス取込検出器における監視すべき流体流れのフローパラメータ特に温度、流速、流れ抵抗およびその変化を決定する装置において、
前記マイクロプロセッサ（４）は、破壊的な周囲の影響によらず且つ緩やかに進行しない前記流体流れの小さく、急激なボリューム変化を認識する評価アルゴリズムを更に備えることを特徴とするフローパラメータ決定装置。
【請求項２】
前記評価アルゴリズムは、前記空気流センサ（１）の加熱電力Ｐに基づきフローパラメータを計算し、特に取込パイプシステム（１３）のマスストリームＮ、流速ｗ、ボリュームストリームＶおよび流れ抵抗Ｆｗおよび前記流体流れの温度Ｔを計算するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記評価アルゴリズムは、前記流体流れの温度依存および／又は圧力依存密度変化の補償を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記マイクロプロセッサ（４）は、前記評価アルゴリズムにおけるフローパラメータの状態変化を計算するために前記フローパラメータの開始値を格納するメモリを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４の何れかに記載する装置の動作方法において、
前記空気流センサ（１）は短時間だけピーク温度値に上昇されることを特徴とするフローアルゴリズム決定装置の動作方法。
【請求項６】
前記温度は５００℃であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
フローパラメータ、特に煙およびガス取込検出器において監視すべき流体流れの温度Ｔ、流速ｗおよびその変化Δｗを決定する方法において、
ａ）熱電温度センサ（２）により流体温度Ｔを決定するステップ、
ｂ）前記流体温度Ｔの関数として定温モードで動作する熱電空気流センサ（１）で設定される一定超過温度ΔＴをレギュレートするステップ、
ｃ）前記熱電空気流センサ（１）から奪われた熱量Ｑを決定するステップ、
ｄ）前記マイクロプロセッサ（４）にて実行される評価アルゴリズムにより前記奪われた熱量Ｑに基づいてフローパラメータ、特に温度Ｔ、流速ｗ、流れ抵抗Ｆｗおよびその変化ΔＦｗを計算するステップ、および
ｅ）時間変化、特に上記ｄ）で決定されたフローパラメータの微小、急激なボリュームストリームの変化を決定するステップを備えることを特徴とするフローパラメータの決定方法。
【請求項８】
前記ステップｄ）の後に、ｆ）前記ステップｄ）で決定したフローパラメータの温度依存および／又は圧力依存密度変化を補償するステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
空間又は監視すべき機器（１２）の部分から空間空気又は機器冷却空気のサンプルを絶えず取り込み、パイプラインシステム（１３）を介して検出器（８）へ送り、火災特性値および／又はその他のガス、特に酸素を検出する吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置において、
請求項１乃至４の何れかに記載のフローパラメータの決定装置を特徴とする吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置。
【請求項１０】
前記空気流センサ（１）および／又は温度センサ（２）は、検出器（８）、特に該検出器（８）の中心に組み込まれることを特徴とする請求項９に記載の吸引火災認識装置および／又は酸素測定装置。
【請求項１１】
前記空気流センサ（１）は断面が狭くされた検出器（８）の空気取込チャネル（９）内に配置されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【国際調査報告】
2006502392.tif 000007
2006502392.tif 000008
2006502392.tif 000009
2006502392.tif 000010