Пожароизвестителни системи

Оптично-димни датчици, аспирационни димни детектори, сензори за CO и CO2, топлинни датчици

Уважаеми читатели, в предишни броеве на ТД Инсталации, оборудване, инструменти открихме обширната тема за пожароизвестителните системи. В настоящата статия продължаваме темата с неразгледани в публикациите до момента видове пожароизвестителни датчици.

Оптично-димни датчици
Наричат се още фотоелектрически или само оптични. В конструкцията им е вграден източник на светлина - най-често инфрачервен светодиод (означен с „А” на фиг. 1) и фотодетектор или фотоклетка, означена с „В” на същата фигура. Фотодатчикът се монтира под ъгъл спрямо светодиода. По този начин, в нормално състояние, фотодетекторът не се осветява от лъчите на фотодиода, които са концентрирани в тесен лъч с помощта на подходяща леща. При наличие на пушек, димните частици разсейват светлинния лъч от светодиода и част от светлината попада върху фотодатчика, като по този начин го задейства. На фиг. 2 е показан реален оптично-димен датчик. Разположените под ъгъл един спрямо друг фотодиод и фотоприемник се виждат ясно от дясно и ляво на оптичната камера.
В голямо габаритни помещения се използват отражателни линейни оптично-димни датчици
или линейни димни детектори, които работят на основата на същия принцип. За реализация на пожароизвестителни системи в зали, театри, салони, складове и т.н. предавателят и приемникът се разполагат на голямо разстояние един от друг, например от 5 до 100 метра, като димът прекъсва светлинния лъч между тях. При отражателните датчици, светлинният лъч се отразява от специална отражателна пластина, монтирана обикновено върху срещуположна стена на помещението. Те могат да регистрират турбулентност на въздуха, причинена от огъня.
Характерно за този тип датчици е възможността да се монтират много високо - на височина до 25 метра, което не е характерно за другите видове датчици. Приема се, че са подходящи за използване в някои промишлени зони.
Предимство на оптичните датчици е способността им да откриват т.нар. студени пожари, когато огънят не се е разгорял, но вече се наблюдава отделянето на дим. Установено е, че при наличие на пламък оптично-димните датчици реагират средно 30 секунди по-бавно от йонизационните датчици. Чувствителни са към запрашаване. Също така не могат да се използват в замърсени помещения или при наличие на пара, например в кухни, перални и др.
Поради промяната на параметрите им в процеса на стареене и наличието на смущаващи фактори, тези датчици се явяват източник на много фалшиви задействания. При непрофесионално изпълнение на цялата система е възможно да се предизвика фалшиво включване на алармата дори при кратковременно отпадане на мрежовото напрежение, въпреки наличието на резервно захранване.

Аспирационни димни детектори
Представляват по-скоро сензорни системи, отколкото обикновени датчици. Системите, базирани на аспирационни димни детектори се реализират като в следените помещения се монтират смукателни клапи. От тях въздухът се засмуква, насочва се през филтри и след това се подава в изключително чувствителна оптична камера. Характерно за нея е, че е далеч по-чувствителна в сравнение със стандартните димни детектори. В камерата въздухът се осветява от специална лампа с много висока интензивност на светлината и се анализира съдържанието на димни частици.
Концентрацията на димни частици се определя, а получените данни се подлагат на обработка със специализирани алгоритми. Филтрите по пътя на засмукания въздух са подбрани така, че да спират праха и другите замърсявания, които биха могли да затруднят работата на оптичната камера. От определящо значение за избора на филтри е да пропускат дима. Аспирационните димни детектори са сред най-точните сензори за наличие на пожар. За сметка на това са сложни за изпълнение и много скъпи. Сензорни системи от този тип обикновено отсъстват от стандартната номенклатура на повечето от специализираните в областта на пожароизвестяването фирми.

Сензори за въглероден окис
В редица приложения към пожароизвестителната централа е възможно да се свържат сензори за наличие на въглероден окис и въглероден двуокис. Както е добре известно, тези особено опасни газове се получават в процеса на горене на огромно количество материали. Въглеродният двуокис е само задушлив, докато въглеродният окис е силно отровен. Газът дори е бил използван като бойно отровно вещество през Първата световна война.
Датчиците за въглероден двуокис са химически и инфрачервени. Инфрачервените датчици включват инфрачервен светодиод, светлинна тръба, в която се вкарва изследвания газ, фотодетектор, пред който стои специален оптичен филтър (спектърът му на пропускане, съвпада със спектъра на поглъщане на въглеродния двуокис). При повишаване на концентрацията на въглеродния двуокис, по-голяма част от лъчението ще бъде погълната, което се регистрира от сензора. Предимство на химическите датчици е изключително малката консумация на електроенергия, а недостатък - силната промяна на много от параметрите им с течение на времето.

Сензорите за въглероден двуокис
са биометрични, електрохимични и полупроводникови. В биометричните се използва синтетичен хемоглобин, който потъмнява под действието на въглеродния двуокис и изсветлява под действието на кислорода. Интензитетът на пропуснатата или отразената от синтетичния хемоглобин светлина е пропорционален на неговото потъмняване, а следователно и на концентрацията на въглеродния двуокис. Електрохимичните сензори използват разновидност на горивна клетка, която генерира електрически ток с интензитет, който е пропорционален на концентрацията на СО във въздуха. Полупроводниковите датчици отчитат промяната на съпротивлението на тънка жичка от калаен двуокис (той е полупроводник). Въглеродният окис намалява съпротивлението му, докато кислородът го увеличава.
Независимо от типа на датчика, управляващата електроника се опитва да моделира проникването на газа в кръвта на човек, като изменя нелинейно времето на задействане във функция от концентрацията.
Датчици за въглероден окис и въглероден двуокис не се използват самостоятелно в пожароизвестителните инсталации, но присъствието им е особено желателно в приложения, в които отоплението се реализира с открити газови горелки или печки на твърдо гориво. Обикновено подобни датчици се произвеждат от големи химически компании, а не от традиционни производители на оборудване за пожароизвестяване.

Пламъчни детектори
Датчиците от този тип реагират на ултравиолетово или инфрачервено излъчване, както и на излъчване във видимата част на електромагнитния спектър, вследствие на появата на пламък.
Ултравиолетовите детектори са чувствителни към излъчване с дължина на вълната под 300 nm. Обикновено се комплектоват с оптични филтри, с лента на пропускане в тази част на спектъра, която отсъства от слънчевата светлина заради озоновия слой. Времето за реакция на тези датчици е много малко - милисекунди. Често се работи с определено внесено времезакъснение, за да се ограничи фалшивото сработване, вследствие мълнии, заваръчни процеси и др.
Инфрачервените детектори реагират на лъчения с дължина на вълната над 780 nm. При горене, отделените газове излъчват специфични спектри в инфрачервения диапазон и детекторите се настройват точно за работа на тези честоти. Например, въглеродният двуокис излъчва с дължина на вълната около 4400 nm и инфрачервените детектори почти винаги съдържат фотосензор, който е с максимална чувствителност при такава дължина на вълната. Използват се и термовизионни камери. За да се осигури по-добра чувствителност, датчиците се комплектоват с няколко фотодетектора, чувствителни към различни части на спектъра, включително комбинации от инфрачервени и ултравиолетови сензори. В някои случаи се добавя и фотодетектор, чувствителен към видимата част на спектъра.
Пламъчните детектори се използват предимно за защита на открити площи, при които другите датчици са неефективни. Често те са най-добрият избор за известяване при материали, които не отделят пушек при горене. Например природен газ, пропан-бутан и някои течни горива. Когато се използват в закрити помещения, нормална практика е да се дублират с оптично-димни или температурни датчици.

Топлинни датчици
Съществуват два типа топлинни датчици - абсолютни датчици (измерващи абсолютната температура) и диференциални (регистриращи скоростта на изменение на температурата).
И двата типа датчици се предлагат в две конфигурации - “точкови”, измерващи температурата в определена точка и “линейни”, които измерват температурата по цялата дължина на датчика. Различните типове датчици често се комбинират в общ корпус и се свързват с релация “или” за увеличаване на чувствителността или с релация “и” за намаляване на вероятността от фалшиво сработване.

Абсолютни топлинни датчици
Проектирани са да се задействат при достигане на дадена, предварително определена температура. Най-често тя е 60 или 80 °С. Този тип датчици най-често представляват устройства с еднократно задействане, които трябва да се подменят след сработване. Обикновено съдържат елемент, който се разтопява при достигане на зададената температура и задейства контактите на контактната система.
Разбира се, съществуват и електронни сензори за многократно задействане, но еднократните датчици се смятат за по-надеждни. Фалшиво задействане би могло да се получи, когато не са отчетени естествените фактори, водещи до повишаване на температурата като директно огряване от слънцето или наличие на отоплителни уреди.

Диференциални датчици
Характерно за диференциалните датчици е че се задействат, ако околната температура се повишава по-бързо от предварително зададена скорост. Класическото им изпълнение е с метални пластини с различна температурна инертност. При бавно повишаване на температурата, каквато е характерна при слънчев ден, пластината с по-голяма температурна инертност успява да “догони” тази с по-малка инертност. Резултатът е, че двете пластини се огъват почти еднакво, без да се допират. При наличие на огън, температурата нараства бързо, което води до силно огъване на пластината с малка инертност, тя допира другата пластина и задейства алармата.
Разработени са и топлинни датчици с електронно измерване на температурата и предаване на аналогов сигнал до централната станция, така че скоростта на изменение на температурата, при която алармата да се задейства се задава програмно. По такъв начин е възможно да се програмират различни режими през зимата и лятото или през деня и нощта, което прави системата много по-чувствителна и надеждна.
Диференциалните детектори са по-нечувствителни към бавно горящи пожари, характерно за които е плавното покачване на температурата. В същото време те са устойчиви спрямо смущаващи фактори като директно огряване от слънцето, загряване от технологични процеси и т.н.
Топлинни детектори обикновено се инсталират в промишлени помещения, в които технологичният цикъл предполага наличие на задименост и запрашеност. Такива са например генераторни помещения, котли и др. Целесъобразно е сензори от този тип да се избягват в помещения, в които малки пожари могат да доведат до големи материални загуби като компютърни зали, музеи и др.

Други устройства в пожароизвестителните системи
Освен датчици, към пожароизвестителната централа се свързват:
Сирени. Пиезокристални или електродинамични. Различават се основно два вида сирени -със и без вграден генератор на тон. Сирените с вграден генератор на тон изискват само подаване на постоянно напрежение или команда за задействане. За разлика от тях, сирените без вграден генератор на тон изискват подаване на подходящо модулиран променлив сигнал. Много от продаваните централи имат поне по един извод за всеки вид сирена.
Строб-лампи. Указват задействаното състояние на системата чрез ярка пулсираща светлина. Обикновено за целта се използват ксенонови лампи. Напоследък се появяват модификации със светодиоди, но специалисти определят техните характеристики за незадоволителни.
Ръчни сигнални бутони или ръчки. Подават сигнал към централата, еквивалентен на задействан цифров сензор. Съществуват различни модификации, включително: бутони за натискане, ръчки с издърпване, специални изпълнения, които не могат да се задействат с една ръка. Например, необходимо е с едната ръка да се задържи отворен капак и едновременно с това да се натисне бутон с другата ръка. Описаното решение е създадено с цел предотвратяване на неволно задействане на бутона.
У нас най-разпространени са бутоните с предпазно стъкло, което трябва да се счупи, за да се задейства ръчна контрола. Стандартите обикновено изискват разполагането на ръчни сигнални бутони в близост до изходите, в коридори и др.
Разширители и адаптори. Представляват специфични за дадена централа устройства, които позволяват увеличаване на броя на зоните, на броя на свързаните датчици или позволяват свързване на конвенционални датчици към адресируема централа.
Повторители. В приложения с много дълги комуникационни линии, например когато е необходимо да се свържат отдалечени датчици, разположени по-далеч от максималното разстояние, за даден протокол в линията се свързват повторители. Те удвояват максимално допустимата дължина на линията.
Изолатори. Представляват устройства, които могат да “отцепят” част от комуникационната линия, в случай на късо съединение или друга авария. По такъв начин неповредената част от линията продължава да функционира, което силно повишава надеждността на системата.