СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА ИЛИ ПЕРЕГРЕВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FIRE OR OVERHEAT DETECTION, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам обнаружения пожара или перегрева, возникающих на различных технических объектах, где существует риск возникновения пожара или перегрева, и предназначено для автоматической сигнализации о пожаре или перегреве, например, в отсеках воздушно-транспортных средств, морских судов, промышленных установок, на железнодорожном транспорте и других объектах.
Известна шестиканальная система сигнализации о пожаре, включающая исполнительный блок и соединенные с ним шесть групп датчиков - по три последовательно соединенных датчика в группе, выдающих сигналы на исполнительные устройства. Принцип работы такой системы основан на измерении температуры и скорости ее изменения с помощью точечных датчиков с термоэлектрическим чувствительным элементом [Вертолет Ми-171. Руководство по технической эксплуатации. Книга III. Часть 1. Вертолетные системы. Раздел 026, 1995 г.].
Недостатком такой системы сигнализации о пожаре является низкая помехоустойчивость и ограниченная зона контроля датчика.
Известен датчик пожарной сигнализации, содержащий пневмореле, соединенное с сенсорной трубкой и выполненное в виде камеры, перекрытой диафрагмой и с электродом, расположенным напротив нее, при этом гибкая диафрагма способна под действием изменения давления в трубке контактировать с электродом и прерывать контакт. Для контроля механической целостности в таком датчике используется пневмореле с двумя камерами, диафрагмами и электродами [Патент РФ №2438184, опубликовано 27.12.2011].
Недостатком указанного датчика пожарной сигнализации является большая тепловая инерционность, наличие подвижных частей в датчике и низкая контролепригодность, обусловленная невозможностью контролировать срабатывание пневмореле в процессе эксплуатации.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система обнаружения пожара или перегрева, принятая за прототип, включающая датчик с двумя чувствительными элементами (терморезистивным и термисторным), первый из которых выполнен из материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления, а второй - из материала с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, и устройство, подключенное к датчику. Способ, реализованный в данной системе, принятый за прототип, позволяет выявить такие неисправности датчика, как обрыв, короткое замыкание, а также определить по сопротивлениям двух чувствительных элементов среднюю температуру в контролируемой зоне и размер зоны датчика, подвергшейся локальному воздействию повышенной температуры, и оценить динамические изменения измеряемых параметров [Патент США №7098797, опубликовано 29.08.2006].
Недостатком этих способа и системы обнаружения пожара является использование датчика, который имеет значительную тепловую инерционность, обусловленную использованием термисторного чувствительного элемента и сложной конструкцией. Кроме того, в прототипе отсутствует контроль целостности внешней оболочки датчика.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности устройства обнаружения пожара или перегрева.
Поставленная задача решается способом обнаружения пожара или перегрева, заключающимся в том, что измеряют температуру и скорость ее изменения по сопротивлению одного или нескольких чувствительных элементов линейного терморезистивного датчика, контролируют исправность этих чувствительных элементов, формируют и передают информацию о пожаре или перегреве, а также об обнаруженных неисправностях.
Новым в заявляемом изобретении является то, что дополнительно контролируют целостность оболочки линейного терморезистивного датчика по сопротивлению изоляции чувствительных элементов.
Поставленная задача решается устройством обнаружения пожара или перегрева, содержащим блок обнаружения пожара, в котором осуществляется измерение сопротивления чувствительных элементов линейных терморезистивных датчиков, которые подключены на вход этого блока, вычисление по измеренному сопротивлению температуры и скорости ее изменения, контроль исправности чувствительных элементов, формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве, а также об обнаруженных неисправностях, причем каждый из линейных терморезистивных датчиков представляет собой длинную тонкостенную металлическую оболочку, в которой размещены один или несколько чувствительных элементов, выполненных из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления и изолированных друг от друга и от оболочки теплопроводным материалом. Но, в отличие от известного датчика в предлагаемом внутри оболочки дополнительно размещены один или несколько изолированных проводников, относительно которых измеряется сопротивление изоляции.
Достигаемый технический результат - повышение надежности устройства обнаружения пожара или перегрева. Этот результат обеспечивается за счет увеличения полноты контроля линейного терморезистивного датчика, т.к. благодаря контролю сопротивления изоляции в дополнение к контролю исправности чувствительных элементов выявляется такой опасный дефект, как разгерметизация оболочки линейного терморезистивного датчика. При нарушении целостности оболочки изоляционный материал начинает впитывать влагу, что приводит к снижению сопротивления, в том числе между чувствительным элементом и проводником, которые размещены внутри оболочки линейного терморезистивного датчика.
Т.к. повышенная температура тоже оказывает влияние на сопротивление изоляции чувствительных элементов, то для предотвращения формирования ложных сигналов в соответствии с п. 3 формулы изобретения измерение сопротивления изоляции чувствительных элементов осуществляется при условии отсутствия сформированных сигналов о пожаре или перегреве.
В том случае, если линейный терморезистивный датчик содержит не менее двух изолированных чувствительных элементов, то в соответствии с п. 4 формулы изобретения целесообразно измерять сопротивление изоляции между двумя любыми чувствительными элементами, без использования дополнительного проводника, причем достаточно производить такие измерения однократно, сразу после включения устройства в работу, если длительность рабочего цикла объекта контроля меньше, чем длительность процесса насыщения изоляционного материала влагой.
Если в соответствии с п. 5 формулы изобретения устройство обнаружения пожара или перегрева является полностью резервированным, то при непрерывном измерении сопротивления изоляции в каждом из каналов, сигнал об отказе по снижению сопротивления изоляции передается в систему пожарной защиты в том случае, когда он сформирован только в одном из каналов блока обнаружения пожара. Это объясняется тем, что, с одной стороны, одновременный отказ двух каналов является маловероятным, а, с другой стороны, одновременное снижение сопротивления изоляции может быть вызвано повышенной температурой в зоне контроля.
Совокупность существенных признаков, сформулированная в п. 6 формулы изобретения, характеризует линейный терморезистивный датчик, в котором чувствительный элемент выполнен трехжильным, что предоставляет дополнительные возможности для повышения надежности чувствительного элемента.
Совокупность существенных признаков, сформулированная в п. 7 формулы изобретения, характеризует линейный терморезистивный датчик, в котором сопротивление изоляции чувствительного элемента измеряется относительно оболочки линейного терморезистивного датчика, что упрощает его конструкцию.
На фиг. 1 представлена схема устройства обнаружения пожара или перегрева. На фиг. 2 представлен пример выполнения линейного терморезистивного датчика с двумя чувствительными элементами. На фиг. 3 представлен пример выполнения линейного терморезистивного датчика с трехжильным чувствительным элементом.
Предлагаемый способ обнаружения пожара или перегрева осуществляется с помощью устройства, пример реализации которого приведен на фиг. 1. Устройство обнаружения пожара или перегрева состоит из блока обнаружения пожара 1 и подключенного на его вход линейного терморезистивного датчика 2. Блок обнаружения пожара, в зависимости от назначения объекта контроля, может быть одноканальным или многоканальным, с резервированием и без резервирования. Он, как правило, представляет собой электронное устройство, содержащее аналого-цифровые преобразователи, источники опорного тока и напряжения, микроконтроллеры с внутренними и внешними цифровыми интерфейсами, реле и другие электронные компоненты. Линейный терморезистивный датчик представляет собой тонкостенную металлическую оболочку 3, например, из материала ХН78Т, длина которой может быть от 1 м до 12 м и более, диаметр 1,2 мм, а толщина стенки 0,2 мм. Внутри оболочки размещен чувствительный элемент 4 и проводник 5, выполненные, как правило, из одного и того же металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например никеля. Чувствительный элемент и проводник изготовлены из жил диаметром 0,2 мм, которые изолированы 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 чувствительного элемента, изготовленного из двух жил длиной 4 м, соединенных с помощью лазерной сварки 7, изменяется примерно от 40 Ом до 200 Ом в рабочем диапазоне температур.
На фиг. 2 и фиг. 3 приведены варианты реализации линейных терморезистивных датчиков. Характеристики конструктивных элементов этих вариантов линейных терморезистивных датчиков аналогичны варианту, представленному на фиг. 1.
Устройство обнаружения пожара или перегрева работает следующим образом. Из блока обнаружения пожара осуществляется питание линейного терморезистивного датчика. Для измерения сопротивления чувствительного элемента 4 его питание осуществляется от источника опорного тока, а для измерения сопротивления изоляции на проводник 5 подается опорное напряжение. С помощью аналого-цифровых преобразователей выходные сигналы линейного терморезистивного датчика преобразовываются в цифровые коды, по которым в микроконтроллере осуществляется вычисление средней температуры в зоне контроля, скорости изменения этой температуры и сопротивления изоляции. Все вычисленные параметры 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 оповещатели, устройства управления огнетушителями и др. Так, если измеренная температура выходит за рабочий диапазон или сопротивление изоляции достигает минимального порогового значения, то происходит формирование сигнала об отказе линейного терморезистивного датчика. Если измеренная температура находится в пределах рабочего диапазона и достигает порогового значения, соответствующего перегреву или пожару, то осуществляется формирование сигнала о перегреве или пожаре.
В том случае, если линейный терморезистивный датчик содержит два чувствительных элемента (фиг. 2), то для уменьшения вероятности ложных срабатываний в блоке обнаружения пожара осуществляется сравнение всех параметров, вычисленных по показаниям обоих чувствительных элементов. Кроме того, второй чувствительный элемент в данном случае выполняет одновременно роль проводника, относительно которого измеряется сопротивление изоляции. Если чувствительный элемент состоит из трех жил (фиг. 3), то третья жила используется в качестве резервной при обрыве или коротком замыкании двух других жил чувствительного элемента.
Источники информации
1. Вертолет Ми-171. Руководство по технической эксплуатации. Книга III. Часть 1. Вертолетные системы. Раздел 026, 1995 г.
2. Патент РФ на изобретение №2438184.
3. Патент США №7098797.