ТЕПЛОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области пожарной сигнализации и может быть использована в системах пожарной сигнализации для обнаружения повышения температуры окружающей среды выше установленного порогового значения.
Известный тепловой пожарный извещатель (Извещатель пожарный тепловой максимальный "ИП 101-1А", ТУ 4371-035-11858298-06, Руководство по эксплуатации САПО. 425212.003 РЭ, ) имеющий светодиодный индикатор, две входные клеммы, два конденсатора, четыре транзистора, шесть резисторов и четыре диода. Кроме этого, этот извещатель содержит еще стабилитрон, а тепловым сенсором служит контактный тепловой элемент.
Недостатком известного извещателя является то, что температура срабатывания такого извещателя зависит только от температуры срабатывания контактного теплового элемента. Такая зависимость не позволяет в условиях серийного производства оперативно изменять класс теплового пожарного извещателя в соответствии с требованиями рынка. Кроме того, такой извещатель требует дополнительных элементов для работы в шлейфах пожарной сигнализации со знакопеременным напряжением.
Наиболее близким к изобретению является выбранный в качестве прототипа тепловой пожарный извещатель [патент Украины на полезную модель №92202, опубликованный в бюллетене №15 от 11.08.2014 г.], содержащий первый светодиод, катод которого соединен с первым выводом первого конденсатора, а первый вывод первого резистора соединен с коллектором первого транзистора и анодом первого диода, катод которого подключен через второй резистор к первому выводу третьего резистора и к базе второго транзистора, коллектор которого соединен с базой первого транзистора и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к первому выводу четвертого резистора и к катоду второго диода, анод которого подключен к первой входной клемме, а вторая входная клемма подключена к первому выводу первого конденсатора, второму выводу третьего резистора и через пятый резистор - к эмиттеру второго транзистора, который выполняет функцию теплового сенсора, катод второго светодиода подключен к первому выводу шестого резистора, к базе третьего транзистора и к коллектору четвертого транзистора, эмиттер третьего транзистора через седьмой резистор соединен с анодом второго светодиода и с катодом второго диода, вторая входная клемма соединена со вторым выводом шестого резистора и через восьмой резистор - с эмиттером четвертого транзистора, коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора, база которого подключена к катоду третьего диода, анод которого последовательно соединен через четвертый диод со вторым выводом четвертого резистора, второй вывод первого конденсатора подключен к катоду первого диода, второй вывод первого резистора подключен к коллектору третьего транзистора, анод первого светодиода соединен с базой четвертого транзистора. А анод первого светодиода соединен с коллектором третьего транзистора.
Недостатком такого извещателя является то, что второй транзистор, который применяется в качестве теплового сенсора должен иметь незначительное тепловое сопротивление между кристаллом и воздухом. Таким требованиям отвечают транзисторы в малогабаритных металлических корпусах. Применение для этих целей транзисторов в пластмассовых корпусах типа TO92, как наиболее употребляемых, показывает недопустимый рост инерционности срабатывания извещателя.
В основу полезной модели поставлена задачу - ускорения процесса переключения извещателя в состояние пожарной тревоги при скоростях роста температуры окружающего воздуха больше 3°С/мин, когда в качестве теплового сенсора применяется выводной транзистор в миниатюрном пластмассовом корпусе, например, TO92.
Поставленная задача решается тем, что тепловой пожарный извещатель, содержащий первый светодиод, катод которого соединен с первым выводом первого конденсатора, а первый вывод первого резистора соединен с коллектором первого транзистора и анодом первого диода, катод которого подключен через второй резистор к первому выводу третьего резистора и к базе второго транзистора, коллектор которого соединен с базой первого транзистора и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к первому выводу четвертого резистора и к катоду второго диода, анод которого подключен к первой входной клемме, а вторая входная клемма подключена к первому выводу первого конденсатора, второго вывода третьего резистора и через пятый резистор - к эмиттеру второго транзистора, который выполняет функцию теплового сенсора, катод второго светодиода подключен к первому выводу шестого резистора к базе третьего транзистора и к коллектору четвертого транзистора, эмиттер третьего транзистора через седьмой резистор соединен с анодом второго светодиода и с катодом второго диода, вторая входная клемма соединена с вторым выводом шестого резистора и через восьмой резистор - с эмиттером четвертого транзистора, коллектор которого соединен с эмиттером первого транзистора, база которого подключена к катоду третьего диода, анод которого последовательно соединен через четвертый диод со вторым выводом четвертого резистора, второй вывод первого конденсатора подключен к катоду первого диода, второй вывод первого резистора подключен к коллектору третьего транзистора, анод первого светодиода соединен с базой четвертого транзистора отличающийся тем, что анод первого светодиода через пятый диод соединен с коллектором третьего транзистора.
В предлагаемом тепловом пожарном извещателе за счет введения дополнительного пятого диода между анодом первого светодиода и вторым выводом первого резистора появляется температурная компенсация опорного напряжения, подаваемого на базу второго транзистора, который выполняет роль теплового сенсора, даже если он является выводным транзистором в миниатюрном пластмассовом корпусе, например, TO92.
Кроме того, применение второго транзистора как теплового сенсора, в отличие от контактного сенсора, позволяет устанавливать класс теплового извещателя в соответствии с требованиями нормативных документов как ДСТУ EN54-5: 2003 и ГОСТ Ρ 53325-2009 простым соотношением сопротивлений резисторов.
На фигуре представлена блок - схема теплового пожарного извещателя.
Тепловой пожарный извещатель (см. фигуру) содержит первый светодиод 1, катод которого соединен с первым выводом первого конденсатора 2, а первый вывод первого резистора 3 соединен с коллектором первого транзистора 4 и анодом первого диода 5. Катод первого диода 5 подключен ко второму выводу первого конденсатора 2, а через второй резистор 6 - к первому выводу третьего резистора 7 и к базе второго транзистора 8. Коллектор второго транзистора 8 соединен с базой первого транзистора 4 и первым выводом второго конденсатора 9, второй вывод которого подключен к первому выводу четвертого резистора 10 и к катоду второго диода 11. Анод второго диода 11 подключен к первой входной клемме 12. Вторая входная клемма 13 подключена к первому выводу первого конденсатора 5, второго вывода третьего резистора 7 и через пятый резистор 14 - к эмиттеру первого транзистора 8. Катод второго светодиода 15 соединен с базой третьего транзистора 16 и через шестой резистор 17 - с катодом первого светодиода 1. Эмиттер третьего транзистора 16 через седьмой резистор 18 соединен с анодом второго светодиода 15 и катодом второго диода 11. Анод светодиода 1 соединен с базой четвертого транзистора 19, коллектор которого подключен к базе третьего транзистора 16. Эмиттер четвертого транзистора 19 через восьмой резистор 20 соединен с катодом первого светодиода 1. Второй вывод первого резистора 3 подключен к коллектору третьего транзистора 16. Коллектор четвертого транзистора 19 соединен с эмиттером первого транзистора 4, база которого подключена к катоду третьего диода 21, анод которого последовательно соединен через четвертый диод 22 с другим выводом четвертого резистора 10. Анод первого светодиода 1 через пятый диод 23 соединен с коллектором третьего транзистора 16.
Тепловой пожарный извещатель работает следующим образом. При нормальной температуре окружающего воздуха после подачи напряжения питания на входные клеммы 12 и 13 через второй диод 11 потечет ток, величина которого будет стабильной во всем диапазоне напряжения питания (от 10 до 30 В) и практически независимой от температуры окружающего воздуха до максимальной температуры использования. Второй диод 11 осуществляет защиту других элементов извещателя при ложном подключении полярности напряжения питания. Величина тока в цепи первого резистора 3, первого диода 5, второго и третьего резисторов 6 и 7, а также в цепи заряда первого конденсатора 2 будет значительно меньше тока через первый светодиод 1. Значение тока через светодиод 1 в дежурном режиме работы не будет превышать 50 мкА, поэтому он будет выполнять роль ограничителя напряжения на уровне 1,8 В, практически не излучая свет. То есть, этот светодиод 1 выполняет функцию генератора опорного напряжения. Если температура окружающего воздуха будет ниже предельной температуры срабатывания извещателя, то первый транзистор 4 будет закрыт, так как падение напряжения на втором конденсаторе 9 будет меньше предельного значения напряжения, при котором открывается первый транзистор 4. Это состояние обеспечивается выбранным соотношением сопротивлений второго и третьего резисторов 6 и 7. В то же время падение напряжения на первом конденсаторе 2 будет стабильным во всем диапазоне напряжения питания. Это падение напряжения будет также термостабильным, потому что температурный коэффициент напряжения первого светодиода 1 и температурный коэффициент напряжения на первом диоде 4 практически равны друг другу.
Таким образом, на базу второго транзистора 8 подается стабильное напряжение, которое почти не зависит от напряжения питания, подаваемого на входные клеммы 12 и 13, но благодаря применению пятого диода 23 отрицательная температурная зависимость будет проявляться только при квазистатическом росте температуре окружающего воздуха. Поэтому при скоростях роста температуры более 3°С/мин второй транзистор 8 будет реагировать быстрее, чем при квазистатическом росте температуры окружающего воздуха. Это происходит именно потому, что второй транзистор 8 находится снаружи корпуса извещателя, что обезпечивает контакт такого теплового сенсора с окружающим воздухом. Другие элементы извещателя расположены в корпусе извещателя, поэтому их температура будет существенно зависеть от скорости изменения температуры окружающего воздуха. При квазистатическом изменении температуры окружающего воздуха все элементы имеют температуру воздуха. При значительной скорости роста температуры за счет малой массы второй транзистор 8 быстро набирает температуру окружающего воздуха, в то же время другие элементы - более инерционные, так как температура в корпусе извещателя будет увеличиваться со значительной задержкой. Третий и четвертый диоды 21 и 22 обеспечивают температурную стабильность тока базы первого транзистора 3, при котором он открывается. Тем самым обеспечивается стабилизация температуры срабатывания извещателя при различных скоростях роста температуры окружающего воздуха в соответствии с требованиями стандартов, таких как ДСТУ EN 54-5: 2003 и ГОСТ Ρ 533215-2009.
При увеличении температуры окружающего воздуха будет увеличиваться температура второго транзистора 8, поэтому будет уменьшаться напряжение на его переходе база-эмиттер на 2,3 мВ на каждый градус Цельсия. Но изменение потенциала на эмиттере второго транзистора 8 относительно второй входной клеммы 13 будет другой, кроме того, она зависит от скорости изменения температуры и теплового сопротивления кристалл - воздух второго транзистора 8. Рост температуры приведет к росту коллекторного тока этого транзистора 8. Когда падение напряжения на втором конденсаторе 9 достигнет предельного значения напряжения переключения первого транзистора 4, тогда ток в цепи коллектор - эмиттер первого транзистора 4 приведет к увеличению падения напряжения на первом резисторе 3. В результате чего, второй транзистор 8 еще больше откроется. Этот процесс будет самоускоряющимся и извещатель окажется в состоянии „ПОЖАР". Ток в цепи коллектор - эмиттер транзистора 4 достигнет значения, которое будет ограничиваться сопротивлением первого резистора 3. Первый и второй светодиоды 1 и 15 будут светиться. Значение сопротивления первого резистора 3 выбирается достаточным для нормальной работы светодиодов 1 и 15, которые в состоянии „ПОЖАР" должны обеспечивать надлежащий уровень яркости. Кроме того, значением сопротивления первого резистора 3 обеспечивается формирование состояния „ПОЖАР" в шлейфе пожарной сигнализации, который подключается к входным клеммам 12 и 13. Даже после окончания действия на извещатель воздуха высокой температуры, и возвращения потенциала база-эмиттер второго транзистора 8 в исходное состояние, извещатель будет оставаться в состоянии „ПОЖАР". Даже в случае, когда электропитание извещателя осуществляется от шлейфа пожарной сигнализации со знакопеременным напряжением, когда скважность импульсов обратного напряжения превышает значение (4-5), а продолжительность этих импульсов не превышает 0,1 с, извещатель будет оставаться в состоянии „ПОЖАР", потому что накопленный на первом конденсатор 2 заряд позволит удерживать второй транзистор 8 в открытом состоянии при каждом восстановлении напряжения питания. Но отсутствие напряжения питания необходимой полярности на протяжении нескольких секунд и при восстановлении потенциала база-эмиттер второго транзистора 8 возвращает тепловой пожарный извещатель в исходное состояние дежурного режима работы.
Стабилизация тока через первый светодиод 1 в дежурном режиме работы достигается за счет двухкаскадного стабилизатора тока на двух транзисторах 16 и 19. Ток через шестой резистор 17 значительно меньше тока коллектора третьего транзистора 19. Падение напряжения на восьмом резисторе 20, который задает ток коллектора третьего транзистора 19, стабильное и термокомпенсированное. Поэтому через второй светодиод 15 проходит ток, значение которого не зависит ни от напряжения питания извещателя, ни от температуры окружающего воздуха.
За счет применения второго транзистора 8 в качестве теплового сенсора обеспечивается стабильность температуры срабатывания извещателя в условиях повышенного уровня вибрации, как в постояннотоковом, так и знакопеременном шлейфе пожарной сигнализации. Класс извещателя легко изменять соотношением сопротивлений резисторов. Диоды 21 и 22 обеспечивают температурную стабильность тока базы первого транзистора 2, при котором открывается. Благодаря применению пятого диода 23, достигается возможность использовать в качестве теплового сенсора выводного транзистора в миниатюрном пластмассовом корпусе, например, TO92.