Датчик пламени работает на основе регистрации электромагнитного излучения, которое выделяется при горении. Он может использовать различные технологии, такие как фотоэлектрические системы или инфракрасные детекторы, что позволяет ему быстро и точно выявлять наличие пламени в заданной зоне.
При обнаружении пламени датчик активирует сигнализацию или другое защитное устройство. Это делает его важным элементом систем безопасности, особенно в промышленных и жилых помещениях, где риск возникновения пожаров высокий.
Извещатели пламени. Техническое обозрение
В процессе эксплуатации различных типов извещателей стало ясно, что дымовые, тепловые, газовые датчики невозможно применять на всех объектах. Для контроля пожарной обстановки в помещениях большой площади, с высокими потолками и на открытых площадках, а также на особо ответственных объектах нефтеперерабатывающей промышленности требуются датчики, реагирующие на первичный фактор многих возгораний — огонь. Так появились извещатели пламени, популярность которых растет с каждым днем. Как научиться выбирать необходимый извещатель и на что при этом нужно обращать внимание? Попробуем разобраться вместе.
Начнем, пожалуй, с главного — c очага возгорания. Согласно ГОСТ Р53325-2009 извещатель пожарный пламени (ИПП) — это автоматический пожарный извещатель, реагирующий на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага.
Электромагнитное излучение пламени можно разложить на области ультрафиолетового, видимого и инфракрасного (ИК) спектра (рис. 1). Каждый спектр занимает определенный диапазон и содержит волны определенной длины. К ультрафиолетовой (УФ) области относится излучение с длинами волн от 0,1 до 0,4 мкм.
Видимой области соответствует диапазон длин волн от 0,4 до 0,76 мкм, что составляет ничтожную часть электромагнитного спектра. Диапазон ИК-излучения (примерно от 0,8 до 100 мкм), рассматривают как три области: коротковолновая область (ближнее ИК-излучение), средневолновая и длинноволновая (дальнее ИК-излучение).
Пламя горючих газов, паров и жидкостей является источником электромагнитного излучения, имеющим свои особенности в различных областях спектра. Отличие спектров друг от друга породило разновидности типов датчиков, способных оптически улавливать электромагнитное излучение и преобразовывать его внутри прибора в электрическую энергию. Каждый очаг горения имеет свою индивидуальную спектральную характеристику, поэтому выбор типа датчика необходимо проводить с учетом особенностей источников излучения, расположенных в поле его зрения.
Классификация очагов горения
Согласно ГОСТ Р53325-2009 очаги тестовых пожаров классифицируют на следующие типы: ТП-1 — открытое горение древесины; ТП-2 — пиролизное тление древесины; ТП-3 — тление со свечением хлопка; ТП-4 — горение полимерных материалов; ТП-5 — горение ЛВЖ с выделением дыма; ТП-6 — горение ЛВЖ без выделения дыма. Сертификационные испытания, а также проверка работоспособности извещателей пламени проводятся с помощью очагов ТП-5 и ТП-6. Хорошо обнаруживаются извещателями очаги горения ТП-1 и ТП-4, а вот обнаружить тлеющие очаги (ТП-2 и ТП-3) с помощью датчиков пламени на практике оказалось очень сложно. Причиной этого является отсутствие пульсаций, характерных для открытого очага пламени, и особенности спектральной характеристики тлеющего очага, распознать который известными на сегодняшний день методами обнаружения, используемыми у извещателей пламени, затруднительно.
Виды извещателей пламени
Четкая классификация типов извещателей пламени представлена в ГОСТ 53325-2009, однако алгоритм обнаружения открытого огня сугубо индивидуален у каждого производителя. Нормативные документы не оговаривают, каким образом извещатели пламени должны обнаруживать очаг пожара, поэтому я попробую рассказать о типах датчиков, используя основополагающие принципы идентификации пламени, которые применяют большинство специализированных предприятий. Это принципы спектрального, частотного анализа и принцип спектральной селекции.
Итак, по области спектра электромагнитного излучения, воспринимаемого чувствительным элементом, извещатели пламени можно условно разделить на:
- ультрафиолетовые;
- инфракрасные;
- многодиапазонные;
- многоспектральные.
Ультрафиолетовые датчики Этот вид датчиков стал использоваться в системах пожарной сигнализации не так давно, однако с каждым днем он становится все популярнее. Чаще всего производители УФ-датчиков используют диапазон от 185 до 280 нм -область жесткого ультрафиолета.
Земная атмосфера Земли защищает нас от жестких солнечных УФ-лучей, в результате до земной поверхности никогда не доходят лучи с длиной волны меньше 286 нм. Именно поэтому ультрафиолетовые датчики не реагируют на солнечное излучение, которое является мощным источником оптических помех. Доля ультрафиолета в общем потоке излучения нагретого тела сильно зависит от его температуры.
Так, практически все излучение в сильно разогретых телах (лампах накаливания, галогенных и люминесцентных лампах, печах и др.) приходится на видимую и инфракрасную области спектра. Вот почему ультрафиолетовые извещатели довольно помехоустойчивы к нагретым телам и частям оборудования.
Еще одним преимуществом УФ-датчиков можно считать быстроту реагирования от 0,5 с (за счет чего ими можно контролировать взрыв) и большую дальность обнаружения — до 80 м. Однако стоит помнить о том, что расстояние до очага пламени прямо пропорционально площади, охваченной огнем, то есть чем больше дальность обнаружения, тем больше должна быть площадь возгорания. Согласно ГОСТ Р53325-2009 извещатели 1-го класса чувствительности обнаруживают очаги ТП-5 и ТП-6 на расстоянии 25 м — это оптимальная зона контроля.
УФ-излучение интенсивно поглощается дымом, газами и парами многих горючих веществ, таких как аммиак, нитробензол, ацетон, бензол, фенол, этанол, сероводород и др., поэтому при горении, например, очага ТП-5 большая дальность обнаружения теряет всякий смысл. Ложное срабатывание УФ-извещателей могут вызвать рентгеновские лучи, гамма-излучение, а также излучение, возникающее при электродуговой сварке, разряде молнии и высоковольтной дуге. Ультрафиолетовые датчики чувствительны к запыленности помещения, поэтому требуют постоянного ухода за чувствительным оптическим элементом. Нецелесообразно использовать их в помещениях, где в процессе производства выделяется пыль и горючие газы, в зонах резки металла, а В покрасочных камерах и зонах В-I, В-II. Выбирая УФ-извещатель для своего объекта, поинтересуйтесь у производителя, каким образом решается проблема с воздействием на извещатель такого рода помех.
Инфракрасные датчики Энергия в спектре у различных горючих веществ распределяется неравномерно — более 80% ее приходится на инфракрасную часть — самую большую часть спектра излучения. Все тела без исключения, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре.
При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Мощным источником ИК-излучения является солнце, поэтому однодиапазонные извещатели пламени могут выдать ложный сигнал о пожаре из-за воздействия солнечных лучей.
Такие датчики применяют только в простых условиях -там, где нет мощных источников помех: теневых зонах помещения или на складах хранения различных материалов, к тому же эти извещатели имеют очень доступную цену. Выделяя переменную составляющую интенсивности пламени (с помощью приемника излучения, который фиксирует низкочастотные колебания пламени в диапазоне от 2 до 20 Гц), можно с большей достоверностью судить об источнике пожара, так как в большинстве случаев в очагах возгорания присутствуют малые колебания.
К тому же с помощью такого (частотного) метода обработки сигнала можно уйти от некоторых фоновых воздействий на извещатель. Однако попадание в поле зрения чувствительного элемента колеблющихся с аналогичной частотой световых приборов (мерцание мигалок, вращающиеся маячки на погрузчиках и спецтехнике) создает оптическую помеху для приборов этого типа.
Проблема решается путем установки микропроцессорной обработки сигнала с использованием более сложных алгоритмов. Многодиапазонные датчики Использование в одном устройстве двух-трех ИК-каналов, работающих в разных диапазонах, решает проблему с мощными оптическими помехами. Логично, что, получив подтверждающую информацию из нескольких каналов, можно сделать правильный вывод об источнике излучения, поэтому комбинация нескольких ИК-каналов и микропроцессорной обработки делает многодиапазонные датчики наиболее совершенными и помехоустойчивыми. ИК-излучение хорошо проникает сквозь дым, пыль, гарь, копоть, загрязнения чувствительного элемента -такой тип датчиков незаменим в производственных цехах, ремонтных депо, на промышленных и особо ответственных объектах, в зо-нах В-I, В-II.
Многоспектральные датчики Чтобы свести к минимуму количество ложных срабатываний, часть производителей выпускают датчики, реагирующие на два спектра излучения — ультрафиолетовый и инфракрасный. Здесь используется принцип спектральной селекции. Для реализации этого метода выбираются несколько приемников (или один матричный многодиапазонный), способных реагировать на излучение в различных участках спектров излучения источника. Как правило, такие датчики имеют высокую степень защиты оболочки, взрывобезопасное исполнение и используются на особо ответственных объектах нефтегазового комплекса.
Назначение фотоприемника
Не секрет, что главным элементом каждого извещателя является фотоприемник. От его характеристики будет зависеть обнаружительная способность извещателя, его спектральная чувствительность, конструктивные и эксплуатационные особенности и, конечно, стоимость прибора. Поэтому при выборе извещателя уделите пристальное внимание этому важнейшему элементу.
Различные химические соединения, на основе которых изготовлен преобразователь, определят тип очага пламени, который будет обнаруживаться устройством. Стоимость чувствительного фотоэлемента будет зависеть от фирмы-производителя, а также от диапазона длин волн, улавливаемых им: чем больше длина волны в ИК-диапазоне, тем выше его стоимость, а соответственно и стоимость прибора. И еще: технические характеристики фотоприемника во многом определят устойчивость извещателя к перепадам температур, так как на сегодняшний день одним из главных преимуществ из-вещателей пламени (в специальном исполнении) остается возможность размещения их в неотапливаемых помещениях и на открытых площадках.
Выбор датчика в зависимости от типа помещения
Хотелось бы коснуться объектов, вызывающих большое количество вопросов. Согласно СП 5.13130-2009, в зданиях с массовым пребыванием людей, помещениях с вычислительной техникой, радиоаппаратурой, на АТС рекомендуется установка дымовых датчиков. Однако практика показывает, что в таких местах обязательно необходима комбинация дымовых датчиков и извещателей пламени.
Здесь подойдут простые, однодиапазонные ультрафиолетовые и инфракрасные извещатели. В помещениях с хранением щелочных металлов и металлических порошков тот же документ рекомендует установку толь ко приборов контроля пламени. Однако достоверной информации о проведении испытаний на обнаружение очагов возгорания металла на сегодняшний день нет. Малоисследованными остаются и очаги возгорания газа, спектральные характеристики которого резко отличаются от очагов горения ЛВЖ. Поэтому, устанавливая датчики пламени в таких помещениях, обязательно обсудите все тонкости с представителями выбранного вами предприятия-изготовителя.
Возгорание различных материалов — очень сложный, непредсказуемый и постоянно изменяющийся процесс, поэтому производители сегодня сосредоточились на решении проблемы обеспечения нечувствительности извещателя к различным видам помех. Решить эту проблему раз и навсегда пока невозможно. Главное понять — ничего идеального нет. Нужно просто научиться грамотно выбирать датчик для своего объекта, учитывая все его особенности. Консультируйтесь с производителями — они всегда будут рады вам ответить!
Источник: Журнал "Системы безопасности" #4, 2009
Источник3: korul.ru
Как работает датчик контроля пламени
Отопительные котлы, печи, камины и другие приборы бытового и промышленного назначения, работающие на газу и жидком топливе, должны быть оборудованы датчиком горения. Это устройство, которое фиксирует наличие пламени в горелке и при его отсутствии дает автоматике сигнал выключить систему горения. Как работает датчик пламени, а также каких видов он бывает — рассказали в статье.
Виды датчиков контроля пламени и как работают
В зависимости от принципа контроля горения датчики делятся на несколько видов. Рассмотрим самые распространенные.
Фотоэлектрический
Фотоэлектрический датчик горения использует оптические свойства пламени для его обнаружения. В своей конструкции он имеет светодиод, объектив для сбора света, фотодетектор и электронику для обработки сигнала.
Разберемся, как работает датчик пламени . В процессе горения топлива образуется свет в узком спектральном диапазоне. Когда он попадает в зону обнаружения датчика, объектив собирает его и направляет на фотодетектор. Там световой сигнал преобразуется в электрический, что позволяет определить наличие или отсутствие пламени.
Фотоэлектрические датчики горения делятся на подвиды:
- допплеровские — обнаруживают газовое пламя, измеряя изменение частоты излучаемого им света;
- инфракрасные — регистрируют горящее пламя по инфракрасному излучению;
- ультрафиолетовые — обнаруживают пламя, измеряя исходящее от него ультрафиолетовое излучение;
- комбинированные — сочетают в себе свойства УФ- и ИК-датчиков, что делает их более чувствительными.
Выбор сенсора огня зависит от многих факторов, таких как тип горючего вещества, условия окружающей среды и требования к безопасности.
Основные преимущества фотоэлектрического датчика горения:
- подходит для работы в различных условиях;
- размещается за пределами камеры сгорания;
- редко выходит из строя благодаря отсутствию подвижных деталей в конструкции.
В то же время фотоэлектрический датчик теряет чувствительность при попадании пыли.
На основе термопары
Датчик пламени на основе термопары использует электромагнитные свойства термопары для обнаружения горения пламени. Сама термопара состоит из двух разнородных проводников, соединенных в одной точке. В конструкцию датчика она интегрирована таким образом, что один проводник находится в пламени, а другой соединен с компаратором. Когда пламя нагревает конец термопары, создается термоэлектрическое напряжение, которое регистрирует устройство.
Датчик пламени на основе термопары характеризуется:
- простой и надежной конструкцией;
- высокой термостойкостью;
- устойчивостью к загрязнениям;
- автономностью работы (не требуется источник питания).
Главный недостаток оборудования — высокая инерционность, то есть запоздалое срабатывание.
Ионизационный
Ионизационный датчик представляет собой металлический электрод. Его работа основана на эффекте ионизации газов, когда они переходят в состояние плазмы, обладающей высокой электропроводностью.
Разберем, как работает датчик пламени на практике. Во время горения газов поток ионов создает малый электрический ток, который детектируется датчиком. Если сила тока превышает заданный порог, устройство сигнализирует об обнаружении пламени.
Ионизационный датчик пламени обладает хорошей чувствительностью к малым пламенным искрам и может обнаруживать огонь в условиях плохой видимости, таких как дым или пар. Однако он также подвержен ложным срабатываниям от других источников ионизации, например электрических разрядов и молний.
Сферы применения датчиков горения пламени
Датчики горения пламени применяются во многих областях:
- промышленность — обнаруживают пламя в различных производственных процессах, включая сварку, пайку, плазменную резку;
- энергетика — контролирует факел газовых горелок, котлов, газовых турбин и топочных устройств;
- транспорт — используются в автомобилях и самолетах для обнаружения возгораний и контроля топливных систем;
- пожарная безопасность — являются конструкционным элементом автоматических пожарных систем, детекторов дыма и газа, прочих устройств;
- автомобильная промышленность — используются в системах выхлопных газов для контроля горения и определения содержания оксидов азота.
На этом сферы применения извещателей пламени не ограничиваются. Они нужны везде, где стоит вопрос пожаробезопасности.
Источник4: korul.ru