智能楼宇消防系统2

第二节火灾探测器

消防设备图片

一、火灾探测器的分类

火灾发生时，会产生出烟雾、高温、火光及可燃性气体等理化现象，火灾探测器按其探测火灾不同的理化现象而分为四大类：感烟探测器、感温探测器、感光探测器、可燃性气体探测器。按探测器结构可分为点型和线型。详细分类表如表5-1所示。

离子感烟式探测器适用于点型火灾探测。根据探测器内电离室的结构形式，又可分为双源和单源感烟式探测器。

（一）感烟电离室

感烟电离室是离子感烟探测器的核心传感器件，其工作原理示意图如图7-2所示。电离室两极间的空气分子受放射源Am241不断放出的α射线照射，高速运动的α粒子撞击空气分子，从而使两极间空气分子电离为正离子和负离子，这样就使电极之间原来不导电的空气具有了导电性。此时在电场的作用下，正、负离子的有规则运动，使电离室呈现典型的伏安特性，形成离子电流。

离子感烟探测器感烟的原理是，当烟雾粒子进入电离室后，被电离部分的正离子和负离子被吸附到烟雾粒子上，使正、负离子相互中和的概率增加；同时离子附作在体积比自身体积大许多倍的烟雾粒子上，会使离子运动速度急剧减慢，最后导致的结果就是离子电流减小。动显然，烟雾浓度大小可以以离子电流的变化量大小进行表示，从而实现对火灾过程中烟雾浓度这个参数的探测。

（二）双源式感烟探测原理

实际上这是一种双源双电离室结构的感烟探测器，即每一电离室都有一块放射源其原理示意图如图7-3所示。一室为检测用开室结构电离室M；另一室为补偿用闭室结构电离室R。这两个室反向串联在一起，检测室工作在其特性的灵敏区，补偿室工作在其特性的饱和区，即流过补偿室的离子电流不随其两端电压的变化而变化。无烟时，探测器工作在A点。有烟时，由于检测室M中，离子减少且离子运动速度减慢，相当于其内阻变大。又因双室串联，回路电流不变，故检测室两端电压增高，探测器工作点移至B点。A点和B点间的电压增量△U即反映了烟雾浓度的大小。

（三）单源式感烟探测原理

单源式感烟探测器原理如图7-4所示。其检测电离室和补偿电离室由电极板P1、P2、和

P m等构成，共用一个放射源。其检测室和补偿室都工作在非饱和灵敏区，极板P m上电位的变化量大小反映了烟雾浓度的大小。

单源式感烟探测器的检测室和补偿室在结构上都是开室，两者受环境温度、湿度、气压等因素均影响相同，因而提高了对环境的适应性。

离子感烟探测器按对烟雾浓度检测信号的处理方式的不同，可分为阈值报警式感烟探测器，编码型类比感烟探测器以及分布智能式感烟探测器。

三、光电感烟式探测器

光电感烟式探测器的基本原理是，利用烟雾粒子对光线产生遮挡和散射作用来检测烟雾沟存在。下面分别介绍遮光型感烟探测器和散射型感烟探测器。，

（一）遮光型感烟探测原理

遮光型感烟探测器具体又可分为点型和线型两种类型。

1．点型遮光感烟探测器这种探测器原理如图7-5所示。其中的烟室为特殊结构的暗室，外部光线进不去，但烟雾粒子可以进入烟室。烟室内有一个发光元件及一个受光元件。发光元件发出的光直射在受光元件上，产生一个固定的光敏电流。当烟雾粒子进入烟室后，光被烟雾粒子遮挡，到达受光元件的光通量减弱，相应的光敏电流减小，当光敏电流减小到某个设定值时，该感烟探测器发出报警信号。

2．线型遮光感烟探测器线型遮光感烟探测器在原理上与点型探测器相似，但在结构上有区别。点型探测器中发光及受光元件同在一暗室内，整个探测器为一体化结构。而线型遮光探测器中的发光元件和受光元件是分为两个部分安装的，两者相距一段距离，其原理示意图如图7－6所示。光束通过路径上无烟时，受光元件产生一固定光敏电流，无报警输出。而当光束通过路径上有烟时，则光束被烟雾粒子遮挡而减弱，相应的受光元件产生的光敏电流下降，当下降到一定程度则探测器发出报警信号。在此，发射光束可以是如图7-6所示的激光束，也可以是红外光束。

（二）散射型感烟探测原理

散射型感烟探测原理如图7-7所示。其中的烟室也为一特殊结构的暗室，进烟不进光。烟室内有一个发光元件，同时有一受光元件，但散射型感烟探测器不同的是，发射光束不是直射在受光元件上，而是与受光元件错开。这样，无烟时受光元件上不受光，没有光敏电流产生。当有烟进入烟室时，光束受到烟雾粒子的反射及散射而达到受光元件，产生光敏电流，当该电流增大到一定程度时则感烟探测器发出报警信号。

四、感温式探测器

感温式探测器根据其对温度变化的响应可分为以下三大类。

（一）定温式探测器

定温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度达到或超过预定值时发出报警响应，有线型和点型两种结构。其中线型是当火灾现场环境温度上升到一定数值时，可熔绝缘物熔化使两导线短路，从而产生报警信号。点型则是利用双金属片、易熔金属、热电偶、热敏电阻等热敏元件，当温度上升到一定数值时发出报警信号。下面对双金属片定温探测器进行介绍，其结构如图7-8所示。

这种定温探测器由热膨胀系数不同的双金属片和固定触点组成。当环境温度升高时，双金属片受热膨胀向上弯曲，使触点闭合，输出报警信号。当环境温度下降后，双金属片复位，探测器状态复原。

（二）差温式探测器

差温式探测器是在规定时间内，环境温度上升速率超过预定值时报警响应。它也有线型和点型两种结构。线型是根据广泛的热效应而动作的，主要感温器件有按探测面积蛇形连续布置的空气管、分布式连接的热电偶、热敏电阻等。点型则是根据局部的热效应而动作的，主要感温器件是空气膜盒、热敏电阻等。如图7-9所示的是膜盒式探测器结构示意图。

空气膜盒是温度敏感元件，其感热外罩与底座形成密闭气室，有一小孔与大气连通。当环境温度缓慢变化时，气室内外的空气可由小孔进出，使内外压力保持平衡。如温度迅速升高，气室内空气受热膨胀来不及外泄，致使室内气压增高，波纹片鼓起与中心线柱相碰，电路接通报警。

（三）差定温式探测器

顾名思义，这种探测器结合了定温和差温两种工作原理，并将两者组合在一起。差定温

式探测器一般多为膜盒式或热敏电阻等点型的组合式感温探测器。

五、感光式探测器

燃烧时的辐射光谱可分为两大类：一类是由炽热炭粒子产生的具有连续性光谱的热辐射；另一类为由化学反应生成的气体和离子产生具有间断性光谱的光辐射，其波长多为红外及紫外光谱范围内。现在广泛使用的是红外式和紫外式两种感光式火灾探测器。下面分别介绍。

（一）红外式毖光探测器

红外感光探测器是利用火焰的红外辐射和闪烁现象来探测火灾。红外光的波长较长，烟雾粒子对其吸收和衰减远比紫外光及可见光弱。所以，即使火灾现场有大量烟雾，并且距红外探测器较远，红外感光探测器依然能接收到红外光。要强调指出的是，为区别背景红外辐射和其它光源中含有的红外光，红外感光探测器还要能够识别火光所特有的明暗闪烁现象，火光闪烁频率在3～30Hz的范围。

如图7 -10所示是红外感光探测器的结构。为了保证红外光敏元件只接收红外光，在光传输路径上还要设置一块红玻璃片和一块锗片，以滤除除红外光之外的其他光。该红外感光探测器对于0.3m2的火焰能在相距45m 处探测到并发出报警信号。

（二）紫外式感光探测器

对易燃、易爆物（汽油、酒精、煤油、易燃化工原料等）引发的燃烧，在燃烧过程中它们的氢氧根在氧化反应（即燃烧）中有强烈的紫外光辐射。在这种场合下，紫外式感光探测器可以很灵敏地探测这种紫外光。如图7 -11所示的是紫外光探测器的结构示意图。

紫外光探测器玻璃罩内是两根高纯度的钨丝或钼丝电极。当电极受到紫外光辐射时即发出电子，并在两电极间的电场中被加速，这些高速运动的电子与罩内的氢、氦气体分子发生撞击而使之离化，最终造成“雪崩”式放电，相当于两电极接通，导致探测器发出火灾报警信号。

六、可燃气体探测器

对可燃性气体可能泄漏的危险场所（如厨房、燃气储藏室、油库、易挥发并易燃的化学品储藏室等）应安装可燃气体探测器，这样可以更好地杜绝一些重大火灾的发生。可燃气体探测器主要分为半导体型和催化型两种。

（一）半导体型可燃气体探测器

这种由半导体做成的气敏元件，对氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气等可燃性气体有很高的灵敏度。该种气敏元件在250～300o C温度下，遇到可燃性气体时，电阻减小,电阻减小的程度与可燃性气体浓度成正比。如图7-12所示，给出了一种可燃气探测电路。图中MQ-K1是SnO2气敏元件，它由气敏材料和发热丝两部分组成，其中电热丝使气敏材料250~300o C的环境温度下，当可燃性气体进入探测器罩后，气敏材料的电阻减小，外接电阻上的分压增大，即施密特倒相器输入电压上升，当升到设定的阀值，施密特倒相器有一负跳变产生，触发报警电路报警，警告此时环境中可燃气浓度超过警戒线浓度。

（二）催化型可燃气体探测器

采用铂丝作为催化元件，当铂丝加热后其电阻会随所处环境中可燃气浓度的变化而变化。具体检测电路多设计成电桥形式，检测用铂丝裸露在空气中，补偿用铂丝则是密封的，两者对称地接在电桥的两个臂上。环境中无可燃性气体时，电桥平衡无输出。当环境中有可燃性气体时，检测用铂丝由于催化作用导致可燃性气体无焰燃烧，铂丝温度进一步增大，使其电阻也随之增大，电桥失去平衡有报警信号输出。

七、火灾探测器的选用

火灾探测器的选用应按照国家标准《火灾自动报警系统设计规范》和《火灾自动报警系统施工验收规范》的有关要求来进行。

火灾探测器的选用涉及到的因素很多，主要有火灾的类型、火灾形成的规律、建筑物的特点以及环境条件等。下面进行具体分析。

（一）火灾类型及形成规律与探测器的关系

火灾分为两大类：一类是燃烧过程极短暂的爆燃性火灾；另一类是具有初始阴燃阶段，燃烧过程较长的一般性火灾。

对于第一类火灾，必须采用可燃气探测器实现灾前报警，或采用感光式探测器对爆燃性火灾瞬间产生的强烈光辐射作出快速报警反应。这类火灾没有阴燃阶段，燃烧过程中烟雾少，

用感烟式探测器显然不行。燃烧过程中虽然有强热辐射，但总的来说感温式探测器的响应速度偏慢，不能及时对爆燃性火灾作出报警反应。

一般性火灾初始的阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很弱的火光辐射，此时应选用感烟式探测器。单纯作为报警目的的探测器，选用非延时工作方式；报警后联动消防设备的探测器，则选用延时工作方式。烟雾粒子较大时宜采用光电感烟式探测器。烟雾粒子较小时由于对光的遮挡和散射能力较弱，光电式探测器灵敏度降低，此时宜采用离子式探测器。

火灾形成规模时，在产生大量烟雾的同时，光和热的辐射也迅速增加，这时应同时选用感烟、感光及感温式探测器，把它们组合使用。

（二）根据建筑物的特点及场合的不同选用探测器

建筑物的室内高度的不同，对火灾探测器的选用有不同的要求。房间高度超过12m 感烟探测器不适用，房间高度超过8m 则感温探测器不适用，这种情况下只能采用感光探测器。

对于较大的库房及货场，宜采用线型激光感烟探测器，而采用其它点型探测器则效率不高。在粉尘较多、烟雾较大的场所，感烟式探测器易出现误报警，感光式探测器的镜头易受污染而导致探测器漏报。因此，在这种场合只有采用感温式探测器。

在较低温度的场合，宜采用差温或差定温探测器，不宜采用定温探测器。在温度变化较大的场合，应采用定温探测器，不宜采用差温探测器。

风速较大或气流速度大于5m ／s的场所不宜采用感烟探测器，使用感光探测器则无任何影响。

最后要强调的是，在火灾探测报警与灭火装置联动时，火灾探测器的误报警将导致灭火设备自动启动，从而带来不良影响，甚至是严重的后果。这时对火灾探测器的准确性及可靠性就有了更高的要求，一般都采用同类型或不同类型的两个探测器组合使用来实现双信号报警，很多时候还要加上一个延时报警判断之后，才能产生联动控制信号。需要说明的是，同类型探测器组合使用时，应该是一个具有高一些的灵敏度，另一个灵敏度则低一些。