火灾探测器分类,

1火灾探测与控制工程中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室2005.7.282第二章火灾探测器及其应用注意参考赵英然书P1663主要内容2.1火灾探测器分类2.2感烟探测器2.3感温探测器2.4火焰探测器2.5气体传感器2.6探测器的性能指标及工程应用(参考陈南书P24）42.1火灾探测器分类5火灾探测器分类火灾探测器的工作实质是将火灾中出现的质量流（可燃气体、燃烧气体、烟颗粒、气溶胶）和能量流（火焰光、燃烧音）等物理现象的特征信号，利用传感元件进行响应，并将其转换为另一种易于处理的物理量；根据对火灾不同的响应信号特征，可以将这些火灾探测器分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型和感声型五大类型；根据保护面积和范围分为点型和线型两类；根据智能程度分为开关量,模拟量(类比式)和智能化探测器.6火灾探测器分类7火灾探测器分类感烟式火灾探测器点型线型离子感烟火灾探测器光电感烟火灾探测器双源式离子感烟火灾探测器单源式离子感烟火灾探测器减光式光电感烟火灾探测器散射式光电感烟火灾探测器激光感烟火灾探测器分离式红外光束感烟火灾探测器8火灾探测器分类可燃气体火灾探测器气敏半导体可燃气体探测器催化燃烧型可燃气体探测器(有分铂丝催化型和载体催化型两种)光电式可燃气体探测器固定电介质可燃气体探测器复合式火灾探测器复合式感温感烟火灾探测器复合式感温感光火灾探测器复合式感温感烟感光火灾探测器分离式红外光束感温感光火灾探测器感光式火灾探测器紫外火灾探测器红外火灾探测器图象型火灾探测系统9火灾探测器分类易熔合金定温火灾探测器玻璃球膨胀型定温火灾探测器双金属定温火灾探测器水银接点定温火灾探测器热电偶式定温火灾探测器金属薄片式定温火灾探测器半导体定温火灾探测器热敏电阻定温火灾探测器金属模盒式差定温火灾探测器双金属动圈式差定温火灾探测器半导体差定温火灾探测器热敏电阻差定温火灾探测器感温式火灾探测器点型线性(分布式)定温式差温式差定温式双金属差温火灾探测器金属模盒式差温火灾探测器半导体差温火灾探测器热敏电阻差温火灾探测器差温式定温式可熔绝缘物线性定温火灾探测器半导体线性定温火灾探测器空气管线性差温火灾探测器热电偶线性差温火灾探测器膜盒式差定温火灾探测器双金属差定温火灾探测器热敏电阻差定温火灾探测器半导体差定温火灾探测器差定温式102.2感烟探测器火灾烟雾属性特征感烟探测的基本原理离子感烟探测器光电感烟探测器感烟探测器性能及选用原则11感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾（烟气）定义烟雾颗粒的分形凝并现象烟雾颗粒平均尺寸烟雾颗粒尺度分布12感烟探测器火灾烟雾的属性特征火灾烟雾(烟气)定义燃烧产生的由多相物质组成的气溶胶(aerosol)，通常包括可燃物热解或燃烧产生的气相燃烧产物、卷吸进去的大量空气、未完全燃烧的液、固相分解物和微小颗粒。《热灾害实验诊断方法》Smoke.Theairbornesolidandliquidparticulatesandgasesevolvedwhenamaterialundergoespyrolysisorcombustion,togetherwiththequantityofairthatisentrainedotherwisemixedintothemass.（NFPA92B2000Edition)13感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟颗粒是指人的肉眼可见的燃烧生成物，其粒子直径为0.01~10m液体或固体微粒。烟雾具有很大的流动性，它能潜入建筑物的任何空间。烟雾具有毒性，它对人的生命具有特别大的威胁。火灾中约有70%的死者是由于燃烧气体或烟雾窒息造成的。绝大多数物质在燃烧的开始阶段，首先产生烟雾，因此要实现早期发现火灾，减少火灾损失，在通常情况下利用感烟式火灾探测器会有良好效果。这种探测器可探测70%以上的火灾。感烟火灾探测器是目前世界上应用最普遍、数量最多的探测器。14感烟探测器火灾烟雾的属性特征15感烟探测器(/)fDfgpNkRd主粒子个数前置系数回转半径主粒子直径,10~50nm分形维数,1~2(/)fDfgpNkRd主粒子个数前置系数回转半径主粒子直径,10~50nm分形维数,1~2火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒的分形凝并现象(Fractalcoagulation)距离为每个粒子到凝团中心iNiigrrNR,11216火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒的分形凝并现象感烟探测器lnlnln(/)ffgpNkDRd0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.02.53.03.54.04.55.0lnNln(Rg/dp)Df=1.17kf=8.8917感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒的分形凝并现象利用扫描电镜或透射电镜或原子力学显微镜等显微装置观察了燃烧烟雾中碳黑凝并产生的分形外貌，通过对烟雾图像进行分析处理，得到不同燃料燃烧时烟雾碳黑的分形维数。研究发现，大多不同燃料燃烧烟雾碳黑分形维数与燃料类型无关,趋于一致，一般取1.8-2。火灾烟雾颗粒均由粒径大约为30nm的均匀微小颗粒聚合而成，呈链状结构，具有明显的分形特征，聚合体平均直径为1μm；粉尘颗粒没有规则的颗粒组成及粒径分布特征，不存在链状分形结构，颗粒明显较大，一般在10μm以上。18感烟探测器平均直径即用一个假想的尺寸均一的粒子群来代替原来的实际的粒子群，而保持原来粒子群的某个特征量不变。最常用的有索太尔平均直径、体积平均直径和质量中间直径ddddDddiddimax0max02332/火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒平均尺寸索太尔平均直径D32:保持总体积和总表面积的比值不变体积平均直径D30:总体积和粒子总数不变质量中间直径D43:在该直径以上或以下，粒子的累积质量百分数相等(即各占50％)19感烟探测器部分燃烧物不同燃烧状况索太尔直径火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒平均尺寸20感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒尺度分布烟雾颗粒的尺寸分布是烟雾的基本特性参数之一，火灾烟雾的绝大部分粒子分布在0.01～1um,表示尺寸分布的最基本的方法，是求出某一尺寸带中粒子所占的质量(或体积、表面积、粒子数目)百分数。这样的数称为颗粒尺度分布、或频率分布或频谱分布；目前应用广泛的粒子尺寸分布有罗辛-拉姆勒(Rosin-Rammler)分布和上限对数正态分布,其他还有正态分布和对数正态分布等。21感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒尺度分布(R-R分布）22感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒尺度分布(R-R分布）相同不同k的R-R分布函数体积频度分布曲线23感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒尺度分布(正态分布）24感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒尺度分布(对数正态分布）25感烟探测器火灾烟雾的属性特征烟雾颗粒尺度分布（上限对数正态分布）26感烟探测器感烟探测的基本原理对离子有俘获和阻挡作用（离子型）对光线具有散射和吸收效应（光电散射型、光电吸收型）微粒本身具有一定热容量，使其在流动过程中可保持相当的温度在高温作用下，微粒本身带有静电荷27感烟探测器离子感烟探测器（王殊书）离子感烟探测器基本原理离子感烟探测器结构离子感烟探测器电路28感烟探测器离子感烟探测器（王殊书）离子感烟探测器基本原理IIIIII0UISI工作原理图（双极电离室）工作曲线图（工作在I区）在离子感烟火灾探测器中，利用同位素放射源，使电离室内的空气产生电离，使电离室在电子电路中呈现电阻特性；当烟雾进入电离室后，改变了空气电离的离子数量，离子被烟雾粒子俘获，电离电流减小，极间阻值增大；I称欧姆定律区,II称中间区,III称饱和电流区29感烟探测器单极电离室双源双室离子探测器单极电离室:相比双极电离室,空间初始离子少,阻抗大,烟雾进入后,引起电流变化大,探测更加灵敏;实际探测器由两个单极电离室串联而成,补偿室阻止烟雾进入,检测室容许烟雾进入,从而补偿因环境因素引起的变化.离子感烟探测器离子感烟探测器基本原理30感烟探测器当无烟雾进入,仅环境变化时,整个电路电流值下降,但两个电离室电阻特性曲线同时变化,两个电离室电压变化差为V=0;当有烟雾进入检测室后，整个电路电离电流从正常的I1减少到I’1，补偿室电阻不变,而检测室阻抗增加，此时，检测室两端电压从V2增加到V’2。增加电压值：V=V’2-V’10;当V增加到一定值时，发出报警信号.离子感烟探测器离子感烟探测器基本原理31感烟探测器离子感烟探测器离子感烟探测器基本原理由霍泽曼方程有y为电流相对强度,z为烟浓度,d为烟颗粒平均直径η为电离室常数;同时,电流强度等于电离电流相对变化值和电离室阻抗相对变化值之和。00RRIIdZy32感烟探测器离子感烟探测器离子感烟探测器结构33感烟探测器离子感烟探测器离子感烟探测器电路由检测电离室和补偿电离室、信号放大回路、开关转换电路、火灾模拟检查回路、故障自动检测回路、确认灯回路等组成。34感烟探测器离子感烟探测器离子感烟探测器电路信号放大回路是在检测电离室进入烟雾以后，电压信号达到规定值以上时开始动作，通过高输入阻抗的MOS型场效应型晶体管(FET)作为阻抗耦合后进行放大;开关转换电路是用经过放大后的信号触发正反馈开关电路，将火灾信号传输给报警控制器。正反馈开关电路一经触发导通，就能自保持，起到记忆的作用;为了防止探测器至报警器间发生电路断线，或者探测器安装接触不良，探测器被取走等问题发生，故障自动检测回路能够及时发出故障报警信号，以便及时进行检查维修;为了检查电子元器件是否损坏，可以通过火灾模拟检查回路加入火灾模拟信号，若有问题可以及时维修。确认灯点亮表明探测器动作，以便在现场判定已报警的探测器。为了在确认灯损坏时不影响探测器的正常工作，在确认灯的二端并联一电阻。35感烟探测器光电感烟探测器预备知识(电磁波谱)光电感烟探测器原理点型光电感烟探测器线型光电感烟探测器36感烟探测器光电感烟探测器电磁波谱37感烟探测器光电感烟探测器光电感烟探测器原理烟雾颗粒是多谱的,粒径变化范围0.01-1um;烟雾与光相互作用,发生两种衰减过程:散射和吸收.散射:粒子以同样的波长再辐射已接收的光能,再辐射可在所有的方向上发生,但通常在不同方向上强度不同;吸收:将接收的光能转变成其它形式的能,如化学能,热能或不同波长的光能.在可见光和近红外光(0.35-1um)范围,黑烟光衰减以吸收为主;对于一般固体火灾白烟或灰烟,吸收和散射对光衰减均有影响.38感烟探测器光电感烟探测器光电感烟探测器原理(单粒子散射)),,(4222FrIIpwIpIw散射光强散射效率因子gsSddFK)/2(sin),,(2减光效率因子)()(吸收散射xsJKKK39感烟探测器光电感烟探测器光电感烟探测器原理(单粒子散射)根据烟颗粒与入射波长相对大小布里卡尔散射区大粒径散射区中等粒径瑞利散射区小粒径:4,:41.0,:1.0,pppdMiedd烟雾颗粒粒径为0.01-1um,入射波长如为红外0.75um,为小粒径或中等粒径，服从瑞利散射或米氏散射.40感烟探测器光电感烟探测器光电感烟探测器原理(单粒子散射)41感烟探测器光电感烟探测器光电感烟探测器原理(单粒子Rayleigh散射)忽略折射率随波长变化情况下，散射强度正比与dp6/λ4；散射图在前向和后向是对称的，而且具有最大值。2222224)21Im(4)21Re(38rrrxrrrsIRrmmdKmmdKimmm吸收效率散射效率复折射率prdd42感烟探测器光电感烟探测器光电感烟探测器原理(单粒子Mie散射)当入射光是平面偏振光时，散射光强为：22212022(sincos)4sIiiIr43感烟探测器光电感烟探测器光