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1、火灾探测与自动报警工程 第三章 火灾探测器原理及应用 2/61 主要内容 3.1火灾探测器及其分类 3.2感烟探测器 3.3感温探测器 3.4火焰探测器 3.5气体传感器 3.6火灾探测器的工程应用 3/61 3.1 火灾探测器及其分类 4/61 火灾探测器基本功能 火灾探测过程 5/61 火灾探测器工作原理 探测器组成：火灾参数传感器、探测信号处理单元和 /或火灾判断电路 6/61 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电信号物理量 7/
2、61 根据对不同的火灾参量响应，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 . 8/61 感烟式火灾探测器：利用烟雾传感器响应悬浮在其周围附近大气中的燃烧和 /或热解产生的烟雾气溶胶的一种火灾探测器 感温式火灾探测器：利用点型或线型火灾参数传感器响应周围附近气流的异常温度和 /或升温速率的火灾探测器 9/61 感光式火灾探测器：根据物质燃烧过程中火焰的特性和火焰的光辐射强度而构成的用于响应火灾时火焰光特性的火灾探测器 气敏型探测器：利用各种气敏元件或
3、传感器来响应火灾初期物质燃烧产生的烟气中某些气体浓度，或液化石油气、天然气等环境中可燃气体浓度以及气体成分的探测器 感声式火灾探测器：利用声感元件响应火灾过程中燃烧音的探测器 10/61 火灾探测器产品型号编制 火灾探测器产品型号编制方法 ZBC81001-84 1999年 10月 1日起废止 火灾探测器产品型号标准方法 GA/T228-1999 1999年 10月 1日起执行 11/61 火灾探测器的工程编号 J(警 )， 消防产品中的分类代号 ， 指火灾报警设备 T(探 )， 火灾探测代号 火灾探测分类代号如 Y烟 ， Q气 ， F复 应用范围特征代号 敏感元件代号 ， 敏感方式代号 ，
4、LZ离子 ，GD光电 ， MD膜盒定温 ，MC膜盒差温等 J T Y L Z1325476 主参数 ， 表示灵敏度等级或动作阈值 。 定温 、 差定温用灵敏度级别 I、 II、 III表示 ， 差温 、 感烟无须参数 12/61 火灾探测器的工程编号 探测器类型代号 ： Y-感烟， W-感温， G-感光， Q-气体， T-图像， S-感声， F-复合 应用范围特征代号，防爆 B（在前），普通型省略；船用型 C（在后），普通型省略 13/61 传感器特征代号： 感烟： L-离子， G-光电， H-红外光束， LX-吸气型离子， GX-吸气型光电 感温：两个字母表示 感光： Z-紫外， H-红外，
5、 D-多波段 气体： B-半导体， C-催化 复合的采用上述代号组合，图像和感声式省略 14/61 探测器的传输方式代号， W-无线传输方式， M-编码方式， F-非编码方式 厂家及产品代号， 4-6位 主参数和自带报警声响标志，定温、差定温用灵敏度级别表示，差温、感烟无需反映 15/61 火灾探测器性能指标要求 灵敏度 火灾探测器响应某些火灾参数的相对敏感程度 各类火灾探测器对不同火灾的灵敏度差异很大 （教材P43表 3-1） 火灾灵敏度级别：火灾探测器响应几种不同的标准试验火时，火灾参数（烟浓度、温度增量）的不同响应范围 。一般分为三级 16/61 感烟探测器 灵敏度确定 采用 4种标准火
6、（木材热解阴燃火、棉绳阴燃火、聚氨酯塑料火、正庚烷火 ）和 光学烟密度计和离子烟浓度计 进行测量标定 点型光电感烟探测器 减光系数 m(dB/m) 点型离子感烟探测器 烟粒子对电离室电离作用参数 IIdm0lo g1000 RRIIdZy 17/61 感烟探测器可以探测 70%以上的火灾，因此灵敏度更多的针对感烟探测器而规定。 实际中，火灾探测器灵敏度通常是指探测器的灵敏度级别 18/61 火灾探测器性能指标要求 可靠性 在适当的环境条件下，火灾探测器长期不间断运行期间随时能够执行其预定功能的能力 使用寿命长的探测器，可靠性高 稳定性 在一个预定的周期时间内，以不变的灵敏度重复感受火灾的能力
7、维修性 对可以维修的探测器产品进行修复的难易程度或性质 19/61 3.2 感烟探测器 感烟探测的基本原理 离子感烟探测器 光电感烟探测器 20/61 感烟探测器 感烟探测的基本原理 烟雾粒子对离子有俘获和阻挡作用（ 离子型 ） 烟雾粒子对光线具有散射和吸收效应（ 光电散射型、光电吸收型 ） 21/61 离子感烟探测器 普遍使用 241Am（镅）作放射源 a射线具有强的电离作用 a粒子射程较短 半衰期较长（ 433年） 成本低 22/61 离子感烟探测器的工作原理 利用放射性同位素释放的 a射线，将局部空间的空气电离产生正、负离子 ，在 外加电压的作用下形成离子电流 。当火灾烟雾气溶胶进入电离
8、室，比表面积较大的烟雾粒子将俘获和阻挡其中的带电离子 ，产生 离子电流变化 ，经电子线路加以检测，从而 获得与烟浓度直接相关的电测信号 23/61 感烟电离室特性 I I II II0UISI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 ； 在 I区，离子在电场作用下迁移，同时不断复合，因此电流强度与电压成正比 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 24/61 离子感烟
9、探测器 单极电离室 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 ; 单极电离室 25/61 双源式离子感烟探测器 实际探测器由两个 单极电离室反向串联 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 . 双源双室离子探测器 26/61 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 I1，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 V
10、2增加 到 V2。当 V增加 到一定值时，发出报警信号 . 离子感烟探测器基本原理 27/61 感烟探测器 单源双室离子感烟探测器 (目前感烟探测器的主要形式 ) 单源双室离子感烟探测器结构 28/61 离子感烟探测器 单源双室 与双源双室相比的 优点 ： 使用一块放射源，使放射源剂量减少， 安全性提高 ，同时 克服了双源双室电离室要求两放射源相互匹配的缺点 两个电离室基本上都是敞开的，环境变化对两个电离室影响基本相同， 提高了探测器对环境的适应能力，特别是抗潮湿能力 增强了抗灰尘、抗污染的能力 。灰尘轻微沉积时， a射线能量强度变化时，补偿室和检测室电流均变化，因此检测室分压变化不明显 29
11、/61 单源双室 与双源双室相比的 优点 双源双室离子感烟探测器一般用改变电阻的方式实现灵敏度调节，而单源双室离子感烟探测器是通过改变放射源的位置来改变电离室的空间电荷分布，因此源极和中间极的距离连续可调，可以方便地改变检测室的静态分压，实现 灵敏度调节 ，这种调节方法连续简单，有利于探测器响应阈值一致性的调整 30/61 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 31/61 感烟探测器 光电感烟探测器 电磁波谱 32/61 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 0.01-1mm; 烟雾与光
12、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 . 33/61 在可见光和近红外光 (0.35-1mm)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 . 34/61 光电感烟探测器 光电感烟探测器原理 (单粒子散射 ) 根据烟颗粒直径与入射波长相对大小 小粒子， 瑞利散射 中等粒子， 劳仑兹 米氏散射 大粒子， 布里卡尔散射 烟雾颗粒粒径为 0.01-1mm,入射波长
13、如为红外 0.75mm,为小粒径或中等粒径，服从瑞利散射或米氏散射 . 0. 10. 1 44pppddd35/61 光电感烟探测器 光电感烟探测器原理 (单粒子散射 ) 36/61 光电感烟探测器 光与烟颗粒的相互作用不但与烟颗粒的各种特征参数如 颗粒外貌、尺度、折射率 有关，而且与 入射光的波长和偏振状态 有关 散射强度随散射角度的增大急剧减小 37/61 感烟探测器 光电感烟探测器的分类 减光型：点型、线型 散射型：点型 减 光 型 38/61 散 射 型 39/61 感烟探测器 散射型光电感烟探测器 散射角及其类型 后向散射型 垂向散射型 前向散射型 9 00 =9 00 900散射角
14、： 入射光线与散射光线之间的夹角 40/61 感烟探测器 散射型 光电感烟探测器 前 向散射型： 散射光随着散射角度增大而急剧 减小 由于 黑烟对光具有较强的吸收能力，因此前向散射型对黑烟的响应灵敏度较差；而对阴燃生成的灰烟响应灵敏度较好，即响应灵敏度不一致，使得阈值确定比较困难，易对黑烟 漏报 前向散射型 41/61 感烟探测器 散射型光电感烟探测器 后向散射型： 在颗粒光散射角度为钝角时，尽管颗粒散射光强度较弱，但是该角度上的散射光强对各种颜色的烟颗粒的一致性较好 对各种烟颗粒响应灵敏度较一致，有利于探测算法阈值选取 后向散射型 42/61 双光源或双光路的光电感烟探测器 由于后向散射光十分微弱，灵敏度受影响，从光散射的方向性特征出发，提出了这种探
