ТЕПЛОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК G08B17/06 

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации.

Известен тепловой пожарный извещатель ИП 105-2/1 (ИТМ) [1], содержащий термочувствительный элемент в виде системы из кольцевых постоянных магнитов, имеющих точку Кюри вблизи 70°С, с установленными между ними металлическими теплоприемниками, и формирователь извещения о пожаре в виде герметичного магнитоуправлемого электрического контакта.

При работе извещатель включается последовательно в двухпроводную электрическую цепь (шлейф сигнализации), его нормально замкнутое состояние свидетельствует об отсутствии пожара на контролируемом объекте. Температура окружающего воздуха, равная точке Кюри, является пороговой температурой срабатывания теплового извещателя, при которой постоянно замкнутый магнитоуправляемый электрический контакт размыкается.

Недостатком теплового извещателя [1] является большая инерционность срабатывания, вызванная значительной тепловой инерционностью его термочувствительного элемента. При скорости нарастания 0,2°С/мин и менее пороговая температура максимальна и практически не изменяется. При большей скорости нарастания температуры (более 1°С/мин) время срабатывания (инерционность) несколько уменьшается, но все равно остается значительным. Например, для извещателя-прототипа при скачкообразном изменении температуры она составляет по нормам пожарной безопасности [2] до 120 с, а при скорости нарастания температуры среды 1°С/мин для извещателей этого типа может увеличиться до 2420 с.

Кроме этого недостатком данного извещателя является низкая стабильность его инерционности при различных исходных (средних) значениях температуры окружающей среды. В процессе эксплуатации средняя температура в месте установки извещателя может медленно изменяться в значительных пределах. Например, возможно медленное снижение температуры относительно условно нормальной (например, зимой в ночное время или при отключении отопления), что приводит к значительному увеличению разницы между исходной (средней) температурой среды и пороговой температурой. Это существенно увеличивает время срабатывания извещателя при возникновении пожара.

Возможно также увеличение исходной (средней) температуры окружающей среды и приближение к порогу срабатывания извещателя в жаркий летний день, например, под воздействием солнечного освещения, при работе теплоустановок и т.п. Это может привести к ложным срабатываниям извещателя при относительно кратковременных флуктуациях температуры среды в месте установки при отсутствии тепловых воздействий от пожара.

Именно поэтому в нормативной литературе не рекомендуют применять максимальные тепловые извещатели на объектах, где возможно значительное понижение температуры в месте установки извещателя [3] или его нагрев под действием солнечного и другого теплового излучения [4].

Частично указанные недостатки устранены в тепловом максимально-дифференциальном извещателе ИП 101-2 [5], являющемся наиболее близким к заявляемому устройству. Структурная схема извещателя-прототипа представлена на фиг.1.

Извещатель содержит первый 1 и второй 2 термочувствительные элементы, формирователь опорного напряжения 3, компаратор напряжения 4 и формирователь извещения о пожаре 5. Выходы первого 1 и второго 2 термочувствительных элементов подключены к первому входу компаратора напряжения 4, выход формирователя опорного напряжения 3 подключен ко второму входу компаратора напряжения 4, выход которого подключен к формирователю извещения о пожаре 5. Формирователь извещения о пожаре 5 содержит блок памяти 6, первый выход которого через электронный ключ 7 подключен к световому индикатору 9, а второй выход подключен к входу блока сопряжения 8. Вход блока памяти 6 является входом формирователя извещения о пожаре 5, а выходы блока сопряжения 8 являются выходами формирователя извещения о пожаре 5.

Первый 1 термочувствительный элемент выполнен на терморезисторе 10, второй 2 термочувствительный элемент выполнен на последовательно соединенных терморезисторе 11 и резисторе 12, формирователь опорного напряжения 3 выполнен в виде делителя напряжения на последовательно соединенных резисторах 13-15.

Первый термочувствительный элемент 1, выполненный на терморезисторе 10, снабженный теплоприемником и размещенный в непосредственном контакте с окружающей средой, из-за создаваемых различных условий теплопередачи имеет постоянную времени нагревания меньше, чем такой же второй термочувствительный элемент 2 на терморезисторе 11, но размещенный внутри корпуса. При эксплуатации извещатель через блок сопряжения подключается к шлейфу сигнализации приемно-контрольного прибора пожарной сигнализации. В дежурном режиме токопотребление извещателя от шлейфа сигнализации минимально и определяется суммой проводимостей делителей напряжения блоков 1-3. При медленном повышении температуры окружающего воздуха с постоянной времени, гораздо большей постоянной времени нагревания терморезисторов 10 и 11 первого 1 и второго 2 термочувствительных элементов, их сопротивления пропорционально уменьшаются. При этом напряжение на первом измерительном входе компаратора 4 по отношению к напряжению на втором его входе изменяется за счет роста напряжения на резисторе 12. При температуре +60°С компаратор открывается, формируя управляющий сигнал на вход блока памяти 6. Блок памяти 6 открывается, ток, протекающий через него, резко увеличивается, включая с помощью электронного ключа 7 световой индикатор 9 в непрерывный режим свечения и приводя к повышенному токопотреблению извещателя от шлейфа сигнализации. Извещатель срабатывает как максимальный, свидетельствуя о превышении температуры окружающего воздуха установленного порогового значения. Настройка температуры срабатывания извещателя осуществляется на заводе-изготовителе с помощью подстроечного резистора 14.

При быстром повышении температуры воздуха сопротивления полупроводниковых терморезисторов 10, 11, вследствие различия их постоянных времени нагревания, уменьшаются непропорционально, ускоряя увеличение напряжения на первом измерительном входе компаратора. После достижения величины этого напряжения постоянного порогового значения компаратор 4 открывается, приводя к формированию блоком 5 извещения о пожаре.

Таким образом, в устройстве-прототипе извещение о пожаре для повышенной скорости нарастания температуры среды формируется при меньшей температуре, чем для медленного изменения температуры среды, и, соответственно, за меньшее время. В качестве термочувствительных элементов использованы малогабаритные полупроводниковые терморезисторы, имеющие небольшую тепловую инерционность.

В таких извещателях значение скорости нарастания температуры, при которой наблюдается эффективное уменьшение времени срабатывания, как правило, установлено не менее 6-8°С/мин [4, 5]. Поэтому при пожарах, для которых скорость нарастания температуры имеет меньшее значение, извещатель работает только как максимальный с отмеченной выше недостаточной стабильностью инерционности при отклонениях рабочей температуры среды.

Задачей, решаемой в заявляемом тепловом пожарном извещателе, является стабилизация его инерционности, достигаемая за счет адаптации температуры срабатывания при медленном изменении температуры окружающей среды в отсутствие пожара. Для этого вводится дополнительная зависимость порога срабатывания от значения средней (исходной) температуры окружающей среды.

Изменение порога срабатывания под воздействием внешних факторов известно и применяется в устройствах для тревожной сигнализации, например, в ультразвуковом охранном извещателе "Эхо-3" [6]. В данном устройстве при воздействии помехи происходит пропорциональное изменение напряжения порогов. Медленное изменение напряжения на входе порогового блока, вызванное отражением ультразвука от направленного восходящего турбулентного потока воздуха, например от батареи отопления, не приводит к ложному сигналу тревоги. Таким образом, здесь в отличие от заявляемого извещателя решается задача повышения помехозащищенности, при этом время адаптации гораздо меньше и составляет секунды. Кроме того, сигнал, поступающий на вход порогового блока, может иметь как положительный, так и отрицательный знак, поэтому в устройстве [6] необходимо использовать два порога. В заявляемом извещателе решается другая задача - стабилизация инерционности, постоянная времени изменения порога составляет часы, и адаптация осуществляется от отдельного канала преобразования первичной информации - дополнительно введенного термочувствительного элемента. Таким образом, новизна предлагаемого технического решения по сравнению с устройством [6] является существенной.

В заявляемом устройстве поставленная задача решается тем, что в известный тепловой пожарный извещатель [5], содержащий первый и второй термочувствительные элементы, выходами подключенные к первому входу компаратора напряжения, выход которого подключен к формирователю извещения о пожаре, введены третий термочувствительный элемент и управляемый формирователь опорного напряжения. Третий термочувствительный элемент подключен к первому входу управляемого формирователя опорного напряжения, выход которого подключен ко второму входу компаратора напряжения.

В заявляемом извещателе все известные элементы могут быть выполнены идентично устройству-прототипу [5]. Управляемый формирователь опорного напряжения также может быть также выполнен идентично устройству-прототипу [5] и иметь дополнительный управляющий вход, подключенный к одному из резисторов. Третий термочувствительный элемент может быть выполнен на терморезисторе. Вариант схемотехнической реализации новых введенных блоков заявляемого устройства представлен на фиг.3.

На фиг.2 изображена схема заявляемого теплового пожарного извещателя.

Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 термочувствительные элементы, управляемый формирователь опорного напряжения 4, компаратор напряжения 5 и формирователь извещения о пожаре 6. Выходы первого 1 и второго 2 термочувствительных элементов подключены к первому входу компаратора напряжения 4, выход третьего термочувствительного элемента 3 подключен к входу управляемого формирователя опорного напряжения 4, выход которого подключен ко второму входу компаратора напряжения 5. Выход компаратора напряжения 4 подключен к формирователю извещения о пожаре 6.

Тепловой извещатель работает следующим образом.

Три термочувствительных элемента, выполненные на терморезисторах, из-за создаваемых различных условий теплопередачи имеют различную постоянную времени изменения сопротивления при изменении температуры (тепловую инерционность). Первый термочувствительный элемент 1 имеет минимальную тепловую инерционность. Второй 2 имеет тепловую инерционность больше, чем первый. Третий термочувствительный элемент 3 имеет тепловую инерционность гораздо больше, чем первый 1 и второй 2 термочувствительные элементы. Иллюстрирующие данную особенность графики изменения напряжений, поступающих на входы компаратора при изменении температуры контролируемой среды с разной скоростью, приведены на фиг.4.

При эксплуатации извещатель подключается к шлейфу сигнализации приемно-контрольного прибора. При медленном, менее 0,2°С/мин, повышении температуры окружающего воздуха (фиг.4а), как правило, не связанного с пожаром, сопротивления терморезисторов первого 1, второго 2 и третьего 3 термочувствительных элементов пропорционально уменьшаются. При этом напряжение U_вх1 на первом измерительном входе компаратора 5 по отношению к напряжению на втором его входе U_вх2 изменяется незначительно, таким образом, что сохраняется разность напряжений, достаточная для обеспечения требуемого уровня помехозащищенности при флуктуациях теплового шума и других помех. Параметры сопротивлений термочувствительных элементов выбраны таким образом, что при дальнейшем медленном росте температуры среды (при возможном очень медленном развитии пожара) напряжение U_вх1 на первом входе компаратора 5 (при t_ср1) достигает и начинает превышать пороговое напряжение на втором его входе U_вх2. При этом на выходе компаратора 5 появляется управляющий сигнал, вызывающий формирование блоком 6 в шлейф сигнализации извещения о пожаре.

При более быстром росте температуры в помещении (фиг.4б) примерно 1-2°С/мин, что свидетельствует о вероятном появлении пожара, напряжение на втором входе компаратора 5 растет незначительно. Поэтому напряжение на первом входе компаратора 5 при меньшей температуре, чем t_сраб (на фиг.4а), достигает напряжения на втором его входе (t_сраб1<t_сраб2<t_сраб). При этом порог срабатывания U_вх2 будет тем меньше, чем меньше была исходная температура, с которой начался относительно быстрый рост температуры среды (U_вх2(t_раб.min)<U_вх2(t_раб)). Таким образом, адаптация порогового напряжения на втором входе компаратора обеспечивает уменьшение времени обнаружения пожара при исходной низкой температуре среды, приближая это время к времени обнаружения при высокой исходной температуре в диапазоне рабочих температур.

При быстром росте температуры в помещении (фиг.4 в), со скоростью более 5°С/мин, что свидетельствует о появлении быстроразвивающегося пожара, напряжение U_вх2 на втором входе компаратора 5 практически не изменяется. Напряжение U_вх1 на первом входе компаратора 5 из-за малоизменяющегося сопротивления второго термочувствительного элемента (из-за его тепловой инерционности гораздо большей, чем первого термочувствительного элемента) возрастает относительно более быстро, чем в предыдущем случае. Поэтому напряжение U_вх1 на первом входе компаратора 5 достигнет напряжения U_вх2 на втором его входе при меньшей температуре, чем в ранее рассмотренном случае (t_сраб3<t_сраб1; t_cpaб4<t_сраб). Однако при этом в случае, если быстрый рост температуры, связанный с пожаром, начался при низкой температуре (t_раб.min<t_раб), то вследствие более низкого положения напряжения порога (U_вх2(t_раб.min)<U_вx2(t_раб)) срабатывание заявляемого извещателя произойдет значительно раньше, чем извещателей - аналога и прототипа. Таким образом, адаптация порогового напряжения на втором входе компаратора 5 обеспечивает и в этом случае уменьшение времени обнаружения пожара относительно извещателей - аналога и прототипа. При этом инерционность теплового извещателя практически не будет зависеть от исходной температуры (с которой начался пожар) во всем диапазоне рабочих температур.

Таким образом, в заявляемом извещателе достигается стабилизация инерционности при изменении температуры окружающей среды в значительных пределах.

В процессе разработки был изготовлен образец заявляемого теплового извещателя. Испытания подтвердили его работоспособность в соответствии с представленным выше описанием.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №1244686, МКИ G 08 B 17/06, 1984.

2. НПБ 85-2000 Извещатели пожарные тепловые. Технические требования пожарной безопасности. Методы испытаний.

3. НПБ 88-2001 Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования.

4. М.Эдамс. А.Н.Членов Руководство по применению интеллектуальных систем пожарной сигнализации. - М.: Систем Сенсор Файр Детекторе, 2003. - 55 с.

5. А.Н.Членов. Автоматические пожарные извещатели. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД России, 1997. - 51 с.

6. Извещатель охранный поверхностный ультразвуковой ИО308-1 "Эхо-3". Руководство по среднему ремонту Дв 3.836.013 PC, 1992. - 60 с.

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации, а именно - тепловым пожарным извещателям, и может быть использовано для обнаружения пожара по повышению температуры окружающей среды в месте установки извещателя. Технический результат - стабилизация инерционности, достигаемая за счет адаптации температуры срабатывания при медленном изменении температуры окружающей среды в отсутствие пожара. Особенностью теплового извещателя является применение трех термочувствительных элементов, выполненных на терморезисторах, которые имеют различную постоянную времени изменения сопротивления при изменении температуры (тепловую инерционность). 4 ил.

Тепловой пожарный извещатель, содержащий первый и второй термочувствительные элементы, выходами подключенные к первому входу компаратора напряжения, выход которого подключен к формирователю извещения о пожаре, отличающееся тем, что в него введены третий термочувствительный элемент и управляемый формирователь опорного напряжения, третий термочувствительный элемент подключен к входу управляемого формирователя опорного напряжения, выход которого подключен ко второму входу компаратора напряжения, причем первый термочувствительный элемент имеет минимальную тепловую инерционность, второй имеет тепловую инерционность большую, чем первый, третий термочувствительный элемент имеет тепловую инерционность большую, чем второй термочувствительный элемент.