第五章 火灾探测技术全部

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第五章 火灾探测与消防报警技术
随着社会经济的发展,大量的居民住宅小区和各种高层 智能型建筑也在不断地产生之中,各种用于建筑的材料也 越来越多样化,加上人们生活环境和生活方式的变革,大 量的用电设备普及到人们居住的每个房间,火灾的危险性 也日益增加,火灾的次数,火灾造成的人员伤亡和经济损 失也逐渐增多。尤其是近几年高层建筑的大量增加,使一 旦发生火灾,灭火的难度更大。疏散人员、抢救物资、通 信联络等,都变得更加复杂。地铁车站、地下商场、停车 场等地下建筑的大量兴建,对消防工作都提出了更高的特 殊要求。总而言之,未来可能产生的火灾将更加复杂,消 防工作的困难程度也会大大增加,对此应有足够的认识: 消防已不再是原来意义上的“救火”工作,而成为一门要 求极为严格的科学技术。
散射光型光电感烟探测器由检测暗室、发光、受光元件 和电子电路所组成。检测暗室的特殊设计 ,使得从发光元 件发出的光不能直接到达受光元件上。当烟雾粒子进入此 暗室,光线会被烟雾粒子散射,其散射光被受光元件感应 。当烟雾浓度超过一定量时,光敏元件接收到的散射光的 能量足以激发探测器动作,就会发出火灾报警信号。
2 .光电感烟探测器 光电感烟火灾探测器是利用烟雾能改变光的传播特性这
一性质而研制的。根据烟雾粒子对光线的吸收和散射作用 ,光电感烟火灾探测器又分为减光型和散射光型两种。
减光型光电感烟探测器由发光元件、透射镜和受光元件 组成,如果有烟雾从中阻隔,光通量就显著减弱,光敏元 件把光强的变化转化成电信号的变化,当变化量达到一定数 值时将输出火灾报警信号。
1 .定温火灾探测器 点型定温火灾探测器的工作原理是:当它的感温元件被
加热到预定温度值时发出报警信号。它一般用于环境温度 变化较大或环境温度较高的场所,用来监测火灾发生时温 度的异常升高。常用种类有:双金属片型,易熔合金型、 水银接点型、热敏电阻型及半导体型几种。
双金属片定温火灾探测器是以具有不同热膨胀系数的双 金属片作为敏感元件的一种火灾探测器。有圆筒状和圆盘 状两种结构,由不锈钢管,铜合金片以及调节螺栓等组成 。由于不锈钢管的膨胀系数大于铜合金片,当环境温度升 高时,不锈钢外筒的伸长大于铜合金片,因此铜合金片将 被拉直。铜合金片上装的电接点状态将会改变。
5. 发展方向
我国火灾自动报警行业起步较晚,但起点较高,数十年 来经历了从小到大、从弱到强、从原始到智能化三个发展 阶段,目前已经具有较雄厚的实力。随着智能化技术、各 种新工艺、新技术的不断发展,火灾报警及联动控制也将 全面进入智能化,尤其是将复合型智能探测器、分布式智 能报警系统、遥控软地址编码技术等融合而成的专用火灾 报警系统、网络型火灾报警控制系统等将得到大力的发展 ,并成为现代智能大厦的必备子系统之一,同时为建立城 市自动消防通讯指挥系统创造条件。
空气采样感烟探测器结构示意图
主动式空气采样探测系统有如下一些优点 (1)普通的感烟探测器为被动工作方式,等待烟雾依靠空 气自然对流到达探测器后才能探测。在火灾早期,烟雾的扩 散速度较慢,需经过较长的时间才能到达探测器,甚至根本 就到不了,导致探测器无法实现早期火灾探测报警。 (2)主动式空气采样式感烟探测器的工作方式为主动吸气 工作方式,对空气样本进行烟雾粒子探测计数分析;并采用 现代高科技技术,使可靠性和灵敏度比普通感烟探测器提高 了近千倍。因此,它对初期火灾具有极灵敏的反应,可提前 预报火灾隐患,从而赢得宝贵的扑救时间。 (3)人工智能神经网络技术和微处理器控制技术在系统中 的成功应用,使其具备自学能力,可以持续依据当时环境状 态调整适当的警报阈值,从而解决了高灵敏度系统可能出现 的误报问题。
线型缆式定温探测器由感温电缆、接线盒和终端盒三部分 组成。感温电缆由两根弹性钢丝分别包敷热敏绝缘材料,绞 成双绞线形,再加外护套而制成;如图示。在正常状态下, 两根钢丝间阻值接近无穷大,由于电缆终端接有电阻,并在 另一端加上电压,此时电缆中将通过微小的监视电流。当周 围温度上升到额定动作温度时,钢丝间热敏绝缘材料的绝缘 性能会被破坏,绝缘电阻发生跃变,接近短路,火灾报警控 制器检测到这一变化后,将发出火警信号。同时,当线型定 温感温电缆发生断线时,监视电流变为零,控制器据此可发 出故障报警信号。
5.2.1.1感烟式火灾探测器
火灾作为一种失去控制的灾害性燃烧现象,在其发生的 初期一般均会释放出烟雾,通常烟雾的出现比火焰和高温 都要早。针对烟雾是火灾早期最为重要的火灾参量之一的 各种感烟探测技术随之不断出现,并且得到了广泛的发展 与运用。据统计,目前我国每年建筑中新安装的火灾探测 器数量有500-600万只,其中约80%为感烟探测器,这 种探测器正占据着火灾探测市场的统治地位。感烟火灾探 测器是利用烟雾传感器响应悬浮在其附近大气中的燃烧或 热解时产生的烟雾气溶胶微粒的一种火灾探测器,可分为 离子感烟探测器,光电感烟探测器和空气采样感烟探测器 等类型。
几种不同结构的双金属片定温火灾探测器
热敏电阻及半导体PN 结定温火灾探测器是分别以热敏电 阻及半导体PN 结为敏感元件的一种定温火灾探测器。两 者的原理大致相同,区别仅是所用的敏感元件不同。工作 原理如图所示,当环境温度升高时,Rt会随着温度的升高 而阻值变小,A 点电位升高;当温度达到或超过某一规定 值时,A 点电位高于B 点电位,使比较器翻转,输出火灾 报警信号。图中Rp是用来预先设定比较器输出翻转时温度 值的调节电位器。
5.2.1.2感温式火灾探测器
感温火灾探测器是对警戒范围中的温度参数变化进行监 测的一种探测器。物质在燃烧过程中释放出大量热,使环 境温度升高,致使探测器中热敏元件发生物理变化,从而 将温度转变为电信号,传输给控制器,当温度参数的变化 超过一定时发出火灾信号。感温火灾探测器,根据其结构 造型的不同分为点型感温探测器和线型感温探测器两类; 根据检测温度参数的特性不同,可分为定温式、差温式、 及差定温组合式三类。定温类火灾探测器用于响应环境的 异常高温;差温类火灾探测器响应环境温度异常变化的升 温速率;差定温火灾探测器则是以上两种火灾探测器的组 合。
2 .差温火灾探测器 差温火灾探测器是探测局部温度异常升高速率而研制的
一种火灾探测器。也有点型和线型两种结构。 点型差温火灾探测器主要有膜盒差温、双金属片差温、
热敏电阻差温火灾探测器等几种类型。 常见的膜盒差温火灾探测结构如图所示。外壳、波纹片
和气塞螺钉共同形成一个密闭的气室,该气室只有气塞螺 钉的一个很小的泄气孔与外面的大气相通。在环境温度缓 慢变化时,气室内外的空气由于泄气孔的调节作用,使气 室内外的压力保持平衡。但是,当发生火灾,环境温度迅 速升高时,气室内的空气由于急剧受热膨胀而来不及从泄 气孔外逸,致使气室内的而接通了电触点,于是送 出火警信号到报警控制器。
膜盒差温火灾探测器结构示意
线型差温火灾探测器是根据较大范围的热效应而动作的 探测装置,主要感温元件有按检测面积大小而连续放置的 蛇形空气管、分布式连接的热电偶以及热敏电阻等。
如图所示即为空气管线型差温探测器构成示意,它由两 部分组成:① 蛇形空气管作为敏感元件,置于要保护的场 所,② 传感元件则常为膜盒和电路部分,大多安装在保护 现场之外。膜盒部分的气室与紫铜管相通,探测原理如同 膜盒差温火灾探测器一样,当保护场所环境温度缓慢变化 时,紫铜管内的空气压力变化可通过泄漏孔释放,使管内 外气体压力仍能保持平衡,当环境温度温升速率超过某一 值时,铜管内迅速膨胀的气体来不及从泄漏孔排出,从而 使管内的气压升高,膜片膨胀,并使电气触点闭合,产生 一个短路信号,经输入模块后送到控制器,控制器便发出 火灾报警信号。
第二节 火灾探测技术
火灾探测器通常由敏感元件(传感器)、探测信号处理 单元和判断及指示电路等组成,它是消防报警系统的信号 采集部分,至少能向控制和指示设备提供一个适合的信号。
火灾探测器根据其传感器所对应的监测范围,常有下列 两种常见的形式:
( l )点型火灾探测器 这种探测器是指响应在传感器 附近的火灾所产生的物理或化学现象的火灾探测器件。在 建筑对象中使用的火灾探测器,绝大多数是点型火灾探测 器。
第一节 消防报警系统的发展
1. 从无到有 20世纪70年代以前,我国基本没有现代化的消防系
统,1979年,国家公安部和核工业部下达了研究解决 火灾自动报警的科研计划,要求制造出中国自己的火 灾自动报警系统,以适应国家经济日益发展的需要。 早期的产品虽然科技水平较低,稳定性和可靠性较差 ,线制复杂,施工困难,但却实实在在地解决了我国 火灾自动报警产品从无到有的大问题,这些科研人员 无愧为行业的元勋。
遮 挡 减 光 型
迷 宫 散 射 型
3 .空气采样感烟探测器
空气采样感烟探测器是通过管道抽取被保护空间的空气 样本到中心检测室,以监视被保护空间内烟雾存在与否的火 灾探测器。
这种火灾探测器是一种主动式的探测系统,其内置的抽 气泵在管网中形成了一个稳定的气流,通过所敷设的管路抽 样孔不停地从警戒区域抽取空气样品并送到探测室进行检测 。来自警戒区域的空气样本进入测量室后,如果样本中有烟 雾粒子存在,激光束将产生前向散射,散射光经凹面反光镜 反射后穿过带孔圆盘照射到高灵敏度光接收器,所产生散射 光的强弱变化量测量后经过处理计算,并结合测得的散射光 信号脉冲数,可测出空气样本中的烟粒子数。这些数据经过 称为“人工神经网络”的微处理器处理后,与预先设定的报 警阈值比较,如果烟雾浓度达到警报级别则发出警报。
1 .离子感烟探测器 离子感烟火灾探测器是利用电离室离子流的变化基本正
比于进入电离室的烟雾浓度来探测火灾的。在电离室内放置 放射源(一般为 “镅241”),其放射的α射线可将室内的 纯净空气电离,形成正、负离子。当两个收集极极板间加一 电压后,极板间形成的电场将使离子分别向正、负极板运动 而形成离子流。当烟雾粒子进入电离室后,将对离子产生阻 挡和俘获的双重作用,从而减少了离子流。只要设法检测离 子流的变化,即可感知进入电离室烟雾的浓度。
( 2 )线型火灾探测器 这种探测器是指响应某一连续 现场(如较大面积的仓库等)附近的火灾产生的物理或化 学现象的火灾探测器件。
5.2.1火灾探测器的构成与原理
自火灾探测器发明至今的一个半世纪以来,人们认 真分析研究了物质燃烧过程中所伴随的燃烧气体、烟 雾、热、光等物理及化学变化的情况,研制了不同类 型的探测器,并不断提高火灾探测器技术,使火灾探 测器的灵敏度不断提高,预报早期火灾的能力不断增 强。根据对火灾发生时不同物理及化学参量的响应, 火灾探测器可分为感烟探测器、感温探测器、感光探 测器、复合探测器和可燃气体探测器等多种。
2. 从小到大 从八十年代起,随着半导体集成技术和计算机技术的飞
速发展,传统型火灾探测器及多线制报警系统在技术方面越 来越显得落后,于是很多厂商高起点地推出了总线制自动火 灾报警系统,也预示着多线制系统将淡出火灾报警市场。于 是众多的科技工作者全力研制线制最少,稳定性、可靠性最 高的总线制火灾报警系统,在行业内激烈的竞争中,把技术 水平向前大大地推进了。
3. 从弱到强 1994年后,国内基本形成了在科学研究水平、产品制造
能力、市场占有率等主要指标上具有相当高的水平和相当强 的能力,并向世界级的火灾报警制造商学习、竞争,行业内 形成了百花盛开的景观。
4. 博采众长
学习先进才能抛弃落后,在世界经济逐步一体化的当今 时代,我国的火灾自动报警行业的发展,在学习先进的正 确道路上前进,做到了“洋为中用、博采众长”。无论是 世界上最早从事火灾自动报警行业的瑞士,还是当今比较 发达的美、日、英、德、法的技术目前都暂领先于我国, 学习他们的先进技术对我国火灾自动报警的发展是一条捷 径。我们必须注意到新技术都有阶段性、有滞留期,如果 国内外的研究同时到达某一先进水平后,而暂时又无更新 的技术出现,这就意味着正是我们加紧研究新技术的大好 时机,有利于我国向更新的技术高峰攀登。
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