Detector de incendiu cu flacără - un detector automat care răspunde la radiația electromagnetică de la o flacără. [1] Sursele de ardere a diferitelor substanțe au caracteristici spectrale diferite. Diferența de spectre a dat naștere unor varietăți de tipuri de detectoare. [2]
Detectoarele de flacără au sensibilitate ridicată și inerție scăzută. Ele pot fi folosite pentru a detecta incendiile cu creștere rapidă. Zona de acoperire a detectorului de flacără este determinată de unghiul de vizualizare, ceea ce le permite să fie utilizate în instalații locale. [3] :25
Detectoarele de flacără oferă capacitatea de a proteja zonele cu schimb de căldură semnificativ și zonele deschise în care utilizarea detectorilor de căldură și fum nu este posibilă. Detectoarele de flacără sunt utilizate pentru a controla prezența suprafețelor supraîncălzite ale unităților în caz de accidente, de exemplu, pentru a detecta un incendiu în interiorul unei mașini, sub carcasa unității, pentru a controla prezența fragmentelor solide de combustibil supraîncălzit pe un transportor .
Ele sunt eficiente dacă sursa inițială de incendiu este incendierea, comisă prin aruncarea în încăpere a unui recipient cu un lichid inflamabil care arde [4] .
Elementele sensibile ale detectorilor sunt traductoare de temperatură fără contact . Principiul de funcționare se bazează pe percepția energiei radiației termice. Radiația termică acoperă regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului. [5] :22 Metoda optică pentru detectarea creșterii temperaturii poate fi aplicată numai dacă radiația din această regiune a spectrului este termică. [6] :7
Pentru a detecta o creștere a temperaturii, puteți utiliza energia totală a radiației folosind legea Stefan-Boltzmann sau radiația într-o anumită parte a spectrului pe baza legii lui Planck. [5] :23 Fondul radiației termice joacă un rol semnificativ în emiterea unui semnal despre apariția unui incendiu de către elementul sensibil. [7] :33 Dacă există o radiație de fond constantă în camera protejată, atunci pentru utilizarea detectoarelor în astfel de condiții, este posibilă reducerea sensibilității sau evidențierea componentei variabile a flăcării. [8] :72 Elementul senzor nu poate detecta radiația corespunzătoare temperaturii sale. [7] :33
Elementele de detectare pot fi împărțite în tipuri:
Elementele selective sunt numite elemente sensibile, a căror sensibilitate este diferită în funcție de frecvențele diferite de radiație. Senzorii neselectivi nu au astfel de proprietăți. [7] :33 Selectivitatea se poate baza și pe pulsația flăcării având o frecvență de 10…25 Hz. [7] :34
Receptoarele de energie radiantă, cum ar fi termoelementele, bolometrele , receptoarele optic-acustice nu au sensibilitate selectivă în diferite părți ale spectrului. Filtrele de lumină sunt folosite pentru a măsura radiația într-un interval restrâns . [9]
VizibilDetectarea flăcării în partea vizibilă a spectrului este dificilă în majoritatea cazurilor din cauza nivelului ridicat de fundal creat de sursele de lumină. [5] :23
Ultraviolete (UV)Atmosfera terestră absoarbe radiația ultravioletă, ca urmare, razele cu o lungime de undă mai mică de 286 nm nu ajung la suprafața pământului. Prin urmare, în elementele sensibile, se utilizează intervalul de la 185 la 280 nm - regiunea ultravioletelor dure. Ca urmare, detectoarele cu astfel de elemente sensibile nu răspund la interferența optică de la radiația solară. [10] Elementele ultraviolete sensibile nu sunt capabile să înregistreze focare de temperatură scăzută. [11] :24 Razele X, razele gamma, sudarea cu arc, fulgerele și arcul de înaltă tensiune pot provoca alarme neplăcute pentru detectoarele UV. [2]
Ca elemente sensibile sunt folosite contoare de fotoni sau indicatoare pline cu gaz. Elementele funcționează în modul pulsat, iar circuitele electronice iau în considerare numărul de impulsuri primite de la element pe unitatea de timp. Când radiația de fundal este detectată de element, se generează un număr mic de impulsuri. Când se produce un incendiu, numărul de impulsuri crește dramatic. Schema de procesare poate fi cumulativă - impulsurile sunt acumulate în condensator la o anumită valoare sau digitală - impulsurile sunt numărate pentru un anumit timp. [8] :71
Odată cu scăderea lungimii de undă, radiația prezintă proprietăți corpusculare într-o măsură mai mare: transferul porțiunilor de energie are loc prin fotoni. Energia fotonilor individuali crește odată cu scăderea lungimii de undă. Contoarele de fotoni pot fi folosite ca elemente sensibile în regiunea ultravioletă. [12] :185 În absența radiațiilor, contorul are o rezistență mare. Radiația provoacă impulsuri de curent, a căror frecvență poate fi utilizată pentru a determina intensitatea radiației. Contoarele de fotoni folosite în URSS în anii 1970 pentru detectoare aveau o tensiune de alimentare de 900 ... 1200 V și o durată de viață scurtă. [12] :186 În prezent, o serie de detectoare de fabricație rusă folosesc contorul de fotoni SI-45F. [11] :24
În funcție de tipul de material al detectorului, sensibilitatea detectorului va fi diferită pentru diferite secțiuni ale domeniului ultraviolet. Detectoarele care folosesc compuși de nichel vor detecta flăcări în intervalul ultraviolet dacă vaporii de apă sunt eliberați în timpul arderii.
Detectoarele de incendiu cu detectoare de flacără pe bază de molibden au o gamă de sensibilitate spectrală de 1850...2650 angstromi . Aceste detectoare sunt potrivite pentru detectarea incendiilor cu sulf [13] .
Infraroșu (IR)Ele reacționează la partea infraroșie a spectrului flăcării. Reacționează la arderea substanțelor care conțin carbon. Capabil să lucreze în încăperi cu praf, deoarece radiația din partea infraroșie a spectrului este slab absorbită de praf.
În detectoarele de flacără în infraroșu, fotorezistențele și fotodiodele sunt utilizate pe scară largă ca receptori de radiații. O analiză a caracteristicilor spectrale ale radiației flăcării din diferite materiale combustibile și interferențe a arătat că, pentru a asigura rezistența detectorilor la efectele luminii, sensibilitatea spectrală maximă a fotoconvertoarelor IR ar trebui să fie în regiunea de 2,7 și 4,3 μm. Majoritatea receptoarelor IR disponibile în comerț pentru uz general au caracteristici spectrale în domeniul mai scurt al radiației IR, unde influența radiației solare și a lămpilor incandescente se manifestă în mare măsură. [paisprezece]
Detectoarele a căror gamă de sensibilitate este selectată în regiunea infraroșu apropiat a spectrului (de exemplu, cu fotoconvertoare din Si, Ge) au o imunitate mai mică la zgomot la radiația solară decât detectoarele cu fotoconvertoare al căror spectru de sensibilitate este deplasat la o regiune cu lungime de undă mai mare a spectrului. , de exemplu, PbS și PbSe. [cincisprezece]
Pentru a îmbunătăți imunitatea la zgomot, detectoarele multi-gamă utilizează mai multe benzi în spectru. [2]
Pentru a detecta o flacără prin efectul de pulsație, este necesar să se stabilească oscilațiile de joasă frecvență ale flăcării în intervalul de la 2 la 20 Hz. În acest caz, metoda frecvenței este absolut nepotrivită pentru detectarea incendiilor mocnite. Fluctuațiile de joasă frecvență ale intensității radiației flăcării apar în incendiile dezvoltate. [16]
MultispectralPentru a reduce numărul de alarme false în detectoare, este posibilă utilizarea simultană a elementelor sensibile pentru intervalele ultraviolete și infraroșii sau o matrice multi-gamă. [2] Canalele IR și UV ale detectorului funcționează într-o logică AND. Un semnal de alarmă este generat de detector numai atunci când ambele canale confirmă prezența unei surse de incendiu. Datorită acestei scheme, se obține o imunitate foarte mare la zgomot a detectorului.
Elementele optice sunt folosite pentru a capta radiația și a o focaliza pe elementul sensibil al fotodetectorului. Cu ajutorul lor, este posibilă creșterea iradierii elementului optic de mai multe ori. Pentru a exclude lumina directă a soarelui și alte străluciri, se folosesc modele speciale de lentile. [12] :181
Elementele optice pentru regiunea infraroșu a spectrului sunt similare cu optica regiunii vizibile. Principala diferență este în materiale, care trebuie să aibă o bună transmisie sau reflectivitate în părțile corespunzătoare ale spectrului. [12] :181
Filtrele optice sunt folosite pentru a atenua energia solară. Pentru a selecta banda de frecvență dorită, se folosesc filtre optice trece-bandă. [12] :181
Soarele radiază în volum mare. O parte semnificativă a radiațiilor este întârziată de atmosferă. Figura arată clar zona „rece” din regiunea de absorbție a CO2 . Utilizarea unor astfel de zone pentru detectarea flăcării vă permite să creați detectoare care nu vor avea alarme false de la lumina soarelui.
radiații IRBenzile de emisie selectivă a produselor de ardere din domeniul infraroșu au următoarele subdomeni: H 2 O 2,5 ... 2,9 μm și CO 2 4,0 ... 4,4 μm . [17]