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 на различных технических объектах, в том числе в отсеках летательных аппаратов. Известна система обнаружения пожара, содержащая датчик тепла в виде трубчатого электропроводящего элемента, в центре которого, коаксиально, расположен проводник, отделенный от наружной трубки эвтектической солью. [Патент США №3540041, опубликовано 10.11.1970].
Датчик тепла позволяет выявлять локальное воздействие повышенной температуры. Недостатком такого датчика является невозможность определения с его помощью средней температуры в контролируемой зоне.
Известен датчик обнаружения температуры при пожаре, содержащий стержень в качестве опорного элемента, на который по спирали намотан, для измерения средней температуры, проволочный чувствительный элемент. [Патент США №3470744, опубликовано 7.10.1969].
Недостатком такого датчика обнаружения температуры является высокая вероятность ложных срабатываний при определении локального возгорания по скорости изменения средней температуры. Такая опасность особенно велика при быстром изменении внешних условий и режимов работы объекта контроля.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система обнаружения пожара или перегрева, принятая за прототип, включающая датчик с двумя чувствительными элементами (терморезистивным и термисторным) и устройство, подключенное к датчику. Способ, реализованный в данной системе и принятый за прототип, 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, опубликовано 29.08.2006].
Недостатком этих способа и системы обнаружения пожара является использование датчика, который в силу своей конструкции имеет значительную тепловую инерционность, а также то, что они не позволяют одновременно быстро и надежно обнаруживать пожар по локальному воздействию пламени на датчик.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности обнаружения пожара.
Поставленная задача решается с помощью способа обнаружения пожара или перегрева, заключающегося в том, что измеряют температуру и скорость ее изменения по показаниям линейного теплового датчика, контролируют исправность этого датчика, определяют по средней температуре пожар или перегрев в контролируемой зоне, формируют и передают информацию о пожаре или перегреве, а также об обнаруженных неисправностях.
Новым в заявляемом изобретении является то, что по скорости изменения средней температуры определяют начальный момент возгорания, а по локально высокой температуре получают подтверждение о пожаре.
Поставленная задача решается устройством обнаружения пожара или перегрева, содержащим блок обнаружения пожара, в котором осуществляется вычисление температуры и скорости ее изменения по показаниям линейных тепловых датчиков, которые подключены на вход этого блока, контроль исправности линейных тепловых датчиков, формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве, которые определяются по средней температуре в зоне контроля, а также об обнаруженных неисправностях. Но, в отличие от известного технического решения, в блоке обнаружения пожара по скорости изменения средней температуры определяется начальный момент возгорания, а по локально высокой температуре формируется подтверждение о пожаре. Достигаемый технический результат - повышение надежности обнаружения пожара, обеспечивается за счет того, что для обнаружения локального воздействия повышенной температуры, вызванной появлением пламени, одновременно используются два способа, которые дублируют и дополняют друг друга. Первый из них, основанный на измерении скорости изменения средней температуры, является быстродействующим и позволят обнаружить возгорание на более ранней стадии. Второй способ является более инерционным и основан на измерении высокой локальной температуры. Сочетание этих способов позволяет, с одной стороны, за счет снижения порога срабатывания по скорости изменения температуры, расширить зону обнаружения пожара, а с другой стороны, исключить ложные срабатывания при изменении внешних условий и режимов работы объекта контроля, т.к. при этом локально высоких температур не возникает. Кроме того, наличие информации о скорости изменения температуры позволят эффективнее выявлять отказы, связанные с измерением локальной температуры.
В соответствии с п. 3 формулы изобретения в качестве линейных тепловых датчиков предпочтительно использовать линейные терморезистивные датчики, которые обладают высоким быстродействием. В этом случае, в соответствии с п. 4 формулы изобретения, локально высокую температуру можно определять по сопротивлению изоляции чувствительного элемента линейного терморезистивного датчика.
На фиг. 1 представлен вариант устройства обнаружения пожара или перегрева, на фиг. 2 представлены графики переходных процессов в устройстве, вызванных локальным воздействием высокой температуры. Устройство обнаружения пожара или перегрева состоит из блока обнаружения пожара 1, на вход которого подключен линейный терморезистивный датчик 2. Блок обнаружения пожара 1, как правило, представляет собой электронное устройство, содержащее аналого-цифровые преобразователи, источники опорного тока и напряжения, микроконтроллеры с внутренними и внешними цифровыми интерфейсами, реле и другими электронными компонентами. Линейный терморезистивный датчик 2 представляет собой тонкостенную металлическую оболочку 3, например, из материала ХН78Т, длина которой может быть от 1 м до 12 м и более, диаметром 1,2 мм и с толщиной стенки 0,2 мм. Внутри оболочки размещен чувствительный элемент 4, выполненный из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например никеля. Чувствительный элемент 4 изготовлен из двух жил диаметром 0,2 мм, соединенных между собой с одного конца с помощью лазерной сварки 5 и изолированных друг от друга и от оболочки теплопроводным материалом 6, 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.
Другим вариантом выполнения линейного теплового датчика, позволяющего реализовать предлагаемый способ обнаружения пожара, может быть линейный пневматический датчик, содержащий преобразователь давления, соединенный с сенсорной трубкой, которая выполнена из металла и заполнена веществом, способным быть насыщенным водородом при низких температурах и адсорбировать его при нагревании в заданном диапазоне температур.
Устройство обнаружения пожара или перегрева работает следующим образом. Из блока противопожарной защиты осуществляется питание линейных терморезистивных датчиков от источников опорного тока и напряжения. С помощью аналого-цифровых преобразователей выходные сигналы линейных терморезистивных датчиков преобразовываются в цифровые коды, по которым в микроконтроллере осуществляется вычисление средней температуры в зоне контроля каждого линейного терморезистивного датчика, скорости изменения этой температуры, а также сопротивление изоляции чувствительных элементов относительно оболочки. Кроме того, в микроконтроллере реализуются алгоритмы контроля исправности линейных терморезистивных датчиков. Все вычисленные в микроконтроллере 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.
При возникновении пожара (момент времени t1 на фиг. 2), когда пламя непосредственно воздействует на оболочку линейного терморезистивного датчика, происходит скачкообразное изменение локальной температуры Тл в зоне касания оболочки. С этого момента начинается рост средней температуры Тср, измеряемой чувствительным элементом, со скоростью dTcp/dt, которая является максимальной до некоторого момента времени t2, после которого она начинает снижаться. Если в интервал времени от t1 до t2 величина dTcp/dt превысит пороговое значение, то в блоке обнаружения пожара будет сформирована информация о начале возгорания. По этой информации в системе пожарной защиты могут сформироваться команды, например, на выключение объекта контроля, например, авиадвигателя. В обозначенный интервал времени оболочка линейного терморезистивного датчика только начинает прогреваться и сопротивление изоляции Rиз остается на высоком уровне (порядка 10 МОм). По мере прогрева оболочки сопротивление изоляции начинает резко падать и, в момент времени t3 достигает порогового значения 0,5 МОм, что примерно соответствует температуре 600°C, при котором формируется информация о пожаре и включается система пожаротушения. В момент времени t4 завершается прогрев линейного терморезистивного датчика, все процессы стабилизируются и, через некоторое время, начинается обратный переходной процесс (на фиг. 2 не показан), вызванный тушением пламени. Весь переходной процесс с момента времени t1 до момента t4 длится обычно не более 10 секунд. В том случае, если при возникновении пожара пламя не касается непосредственно оболочки линейного терморезистивного датчика и не вызывает достаточно сильного локального нагрева оболочки, то обнаружение перегрева и пожара осуществляется по мере повышения температуры во всей зоне контроля по средней температуре.
Источники информации
1. Патент США №3540041.
2. Патент США №3470744.
3. Патент США №7098797.