СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА ИЛИ ПЕРЕГРЕВА С ПОМОЩЬЮ ДУБЛИРОВАННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ТЕРМОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DETECTING FIRE OR OVERHEATING WITH USE OF DUPLICATED LINEAR THERMORESISTIVE SENSORS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам обнаружения пожара или перегрева на различных технических объектах, в том числе в отсеках силовых установок воздушных судов. Известна система, включающая датчик с двумя чувствительными элементами (терморезистивным и термисторным) и устройство, подключенное к датчику. Способ, реализованный в данной системе, позволяет выявить неисправности датчика, а также определить по сопротивлениям двух чувствительных элементов среднюю температуру в контролируемой зоне, размер области датчика, подвергшейся локальному воздействию повышенной температуры, и оценить динамические изменения измеряемых параметров [Патент США №7098797, опубл. 29.08.2006]. Недостатком такой системы является низкая надежность, обусловленная тем, что система является одноканальной.
Известен датчик обнаружения температуры при пожаре, содержащий стержень в качестве опорного элемента, на который по спирали намотан, для измерения средней температуры, проволочный чувствительный элемент. В качестве резерва на тот же стержень может наматываться второй чувствительный элемент [Патент США №3470744, опубл. 7.10.1969]. Для подключения такого датчика к устройству обработки по четырехпроводной или трехпроводной схеме, которые традиционно используются для подключения термопреобразователей сопротивления, потребуется большое количество проводов, которое значительно превышает суммарное число чувствительных элементов подключаемых датчиков, что существенно снижает надежность системы обнаружения пожара.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является двухканальная система обнаружения пожара на летательных аппаратах, принятая за прототип и содержащая два блока обнаружения пожара и дублированные датчики обнаружения пожара. Информационным параметром этих датчиков является сопротивление, которое дискретно изменяется в зависимости от состояния датчика. Датчик может находиться в исправном состоянии, в состоянии отказа и сигнализировать о пожаре. В данной системе обеспечивается возможность сокращения количества проводов, необходимых для подключения датчиков за счет применения различных номиналов резисторов, используемых для идентификации одного и того же состояния датчиков, установленных в разных местах контролируемой зоны. Причем, при выборе номиналов резисторов учитывается как их возможный технологический разброс, так и сопротивление проводов линии связи. Недостатком такой системы является низкая надежность, связанная с использованием реле, имеющих подвижные элементы, для коммутации резисторов, а также с тем, что реле и резисторы находятся постоянно в зоне повышенных температур.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности системы обнаружения пожара и уменьшение ее массы и габаритов.
Поставленная задача решается способом обнаружения пожара или перегрева с помощью дублированных линейных терморезистивных датчиков, который заключается в том, что измеряют температуру по сопротивлениям этих датчиков, контролируют их исправность, определяют по температуре в контролируемой зоне пожар или перегрев, формируют и передают информацию о пожаре или перегреве, а также об обнаруженных неисправностях. Новым в заявляемом изобретении является то, что измеряют сопротивления групп линейных терморезистивных датчиков, а недостающую информацию вычисляют по выполненным измерениям, причем, состав групп линейных терморезистивных датчиков в основном и резервном каналах различен. Поставленная задача решается также устройством обнаружения пожара или перегрева, содержащим блок обнаружения пожара, состоящий из основного и резервного каналов, связанных между собой внутренним интерфейсом, и линейные терморезистивные датчики, которые объединены в основной и резервный каналы и подключены к соответствующим каналам блока обнаружения пожара, в каждом из каналов этого блока осуществляется измерение сопротивлений подключенных к нему линейных терморезистивных датчиков, обмен полученной в результате этих измерений информацией с другим каналом, вычисление температуры по сопротивлению линейных терморезистивных датчиков, контроль исправности этих датчиков, формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве, которые определяются по температуре в зоне расположения линейных терморезистивных датчиков, а также об обнаруженных неисправностях. Но, в отличие от известного технического решения, в блоке обнаружения пожара осуществляется измерение сопротивлений групп линейных терморезистивных датчиков, соединение которых различно в основном и в резервном каналах, а также вычисление сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика на основе выполненных измерений.
Достигаемый технический результат - повышение надежности системы обнаружения пожара, обеспечивается, во-первых, за счет того, что для обнаружения пожара или перегрева в двухканальной системе используются линейные терморезистивные датчики, которые не имеют подвижных элементов и сами по себе обладают высокой надежностью. Во-вторых, за счет того, что вместо измерения сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика, осуществляется измерение сопротивления групп этих датчиков, удается существенно уменьшить количество проводов, необходимых для их подключения. Это позволяет не только дополнительно повысить надежность системы обнаружения пожара или перегрева, но и уменьшить ее массу и габариты.
В соответствии с п. 2 формулы изобретения в случае отказа в одной из групп линейных терморезистивных датчиков все дальнейшие расчеты выполняются с использованием информации о сопротивлении провода линии связи, которая была получена до момента возникновения отказа.
На чертеже представлен вариант двухканального устройства обнаружения пожара или перегрева.
Устройство обнаружения пожара или перегрева содержит блок обнаружения пожара 1, состоящий из основного канала 2 и резервного канала 3, которые соединены между собой внутренним интерфейсом. На вход основного канала 2 блока обнаружения пожара 1 подключены линейные терморезистивные датчики, объединенные в основной канал датчиков 4, а на вход резервного канала 3 подключены линейные терморезистивные датчики, объединенные в резервный канал датчиков 5. С помощью внешнего интерфейса оба канала 2 и 3 связаны с системой пожарной защиты объекта контроля. Каждый из каналов 2 и 3 блока обнаружения пожара 1, как правило, представляет собой электронное устройство, содержащее аналого-цифровые преобразователи, источники опорного тока, микроконтроллеры с внутренним и внешним цифровыми интерфейсами и встроенной памятью, гальванически развязанные источники питания, реле и другие электронные компоненты. Линейные терморезистивные датчики в каналах 4 и 5 конструктивно представляют собой тонкостенную металлическую оболочку, например, из материала ХН78Т, длина которой может достигать 10 м и более. Диаметр оболочки равен 1,2 мм, а толщина ее стенки составляет 0,2 мм. Внутри оболочки размещается чувствительный элемент, выполненный из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, никеля. Чувствительный элемент изготавливают из двух жил диаметром 0,2 мм, соединенных между собой с одного конца с помощью лазерной сварки и изолированных друг от друга и от оболочки теплопроводным материалом, заполняющим все свободное пространство внутри оболочки. В качестве материала, обладающего хорошими изолирующими свойствами и хорошей теплопроводностью, чаще всего используется окись магния. Сопротивление такого чувствительного элемента изменяется в рабочем диапазоне температур от нескольких десятков Ом до сотен Ом и зависит от длины чувствительного элемента.
Двухканальное устройство обнаружения пожара или перегрева работает следующим образом. Из блока противопожарной защиты 1 осуществляется питание групп линейных терморезистивных датчиков от источников опорного тока. С помощью аналого-цифровых преобразователей выходные сигналы групп линейных терморезистивных датчиков преобразовываются в цифровые коды, по которым в микроконтроллере осуществляется вычисление сопротивления каждого линейного терморезистивного датчика и соответствующей ему температуры. Кроме того, в микроконтроллере реализуются алгоритмы допускового контроля исправности линейных терморезистивных датчиков и запоминаются результаты расчетов в предыдущем цикле. Все вычисленные в микроконтроллере значения температуры сравниваются с соответствующими пороговыми значениями, а по результатам сравнения формируется информация, которая по внешнему интерфейсу передается в систему пожарной защиты, которая включает в себя устройства индикации и регистрации, речевые извещатели, устройства управления огнетушителями и др. В том случае, если в устройстве обнаружения пожара или перегрева используется четыре дублированных линейных терморезистивных датчика, то вычисление значений сопротивления этих датчиков и сопротивления провода линии связи сводится к решению системы линейных уравнений, имеющей следующий вид:
где I1…I5 - токи питания;
R1…R4 - сопротивления чувствительных элементов линейных терморезистивных датчиков;
Rпр - сопротивление одного провода линии связи линейных терморезистивных датчиков с блоком обнаружения пожара;
U1…U5 - измеренные напряжения.
По измеренным значениям напряжений и заданным значениям токов питания в блоке обнаружения пожара осуществляется вычисление искомых величин по формулам:
Rпр=(U3/I3+U4/I4+U5/I5-U1/I1-U2/I2)K5, где все коэффициенты вычисляются заранее в соответствии с выражениями:
Таким образом, для подключения восьми (четырех дублированных) линейных терморезистивных датчиков по предлагаемому варианту необходимо и достаточно всего семь проводов, с учетом гальванического разделения каналов по питанию. Аналогично можно показать, что для подключения, например, четырнадцати (семи дублированных) линейных терморезистивных датчиков потребуется всего десять проводов. Такая экономия проводов обеспечивается, в том числе, за счет отказа от использования отдельных проводов для измерения сопротивления провода линии связи. При любом отказе одной из групп линейных терморезистивных датчиков вычисление сопротивлений исправных линейных терморезистивных датчиков осуществляются с использованием значения сопротивления провода линии связи, запомненного до момента отказа, по формулам, в которых не используются значения параметров отказавшей группы линейных терморезистивных датчиков. В этом случае вычисления осуществляются путем решения системы из четырех линейных уравнений, с четырьмя неизвестными. При этом погрешность, вносимая в расчеты за счет того, что при изменении окружающей температуры изменяется величина сопротивления провода линии связи, будет минимальной.
Источники информации
1. Патент США №7098797.
2. Патент США №3470744.
3. Патент США №8094030.