ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННЫЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ
ELECTRIC INDUCTION FIRE ANNUNCIATOR

Заявляемое изобретение относится к области приборостроительной (измерительной) техники и предназначено для обнаружения в охраняемом объекте нестандартной или нештатной ситуации, которая может быть классифицирована как опасная или пожароопасная.
В настоящее время известно много устройств, реализующих электроиндукционный принцип измерения параметров аэродисперсной системы. К ним относятся устройства, описанные в А.с. СССР №340942 «Способ измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля», опубл. в Б.И. №18 за 1972 г; А.с. СССР №523333 «Устройство для непрерывного измерения запыленности газов», опубл. в Б.И. №28 за 1976 г.; А.с. СССР №525007 «Устройство для измерения объемной плотности электрических зарядов в газе», опубл. в Б.И. №30 за 1976 г; А.с. СССР №602829 «Устройство для измерения объемной плотности зарядов частиц в газе» опубл. в Б.И. №14 за 1978 г; А.с. СССР №1182557 «Способ обнаружения пожароопасной ситуации», опубл. в Б.И. №36 за 1985 г. и др.
Принцип действия этих устройств основан на зарядке частиц, находящихся в потоке аэрозоля, в зоне импульсного униполярного коронного разряда и последующем измерении их суммарного объемного заряда индукционным способом. Электроиндукционный принцип непрерывного контроля аэрозолей обладает высокой чувствительностью, быстродействием и удобством в эксплуатации. Позволяет мгновенно регистрировать любые изменения концентрации аэрозольных частиц любого цвета, химического состава и размера.
Наиболее близким по технической сущности решением является электроиндукционный пожарный извещатель ИП 213-32ЭИ, описанный в статье «Возможность раннего обнаружения пожароопасной ситуации на судах и береговых объектах флота» в журнале "Морской вестник" №3(27) за 2008 г, выбранный в качестве прототипа. Известный электроиндукционный пожарный извещатель состоит из измерительного усилителя, блока обработки информации, блока питания, высоковольтного импульсного генератора и измерительной линии, содержащей зарядную камеру, индукционный электрод и побудитель расхода аэрозоля.
Принцип работы устройства-прототипа заключается в следующем.
Исследуемый аэрозоль с постоянной скоростью прокачивается побудителем расхода через измерительную линию. Проходя через зарядную камеру, аэрозольные частицы заряжаются в импульсном униполярном электрическом поле коронного разряда, возбуждаемого между электродами зарядной камеры высоковольтным импульсным генератором. В результате, в том объеме аэрозоля, который прошел через зарядную камеру во время импульса коронного разряда, частицы получают электрический заряд, и поток аэрозоля оказывается промодулированным по плотности объемного заряда. Суммарный электрический заряд, полученный всеми частицами, находящимися в единице объема аэрозоля, зависит от их счетной концентрации и размера. Проходя через индукционный электрод, заряженные аэрозольные частицы индуцируют на нем заряд, создающий на входной емкости измерительного усилителя пропорциональное этому заряду напряжение, которое затем усиливается и подвергается логической обработке.
Недостатком устройства-прототипа является зависимость тока коронного разряда, непосредственно влияющего на эффективность зарядки аэрозольных частиц, от ряда факторов:
- нестабильность тока коронного разряда вследствие воздействия внешних причин (изменение температуры, давления, влажности, появление проводящей пыли) и изменения геометрических размеров электродов коронного разряда за счет эрозии, либо за счет адгезии или диффузии при молекулярном взаимодействии поверхностного слоя электродов с аэрозольными частицами,
3
- обеспечение возможно низкого энергопотребления и широкого динамического диапазона за счет минимального тока коронного разряда, при котором возможен устойчивый контроль концентраций аэрозольных частиц, начиная от 0,01 мг/м.
В процессе эксплуатации пожарного извещателя велика вероятность того, что за счет перечисленных выше факторов извещатель потеряет свою работоспособность из-за падения тока короны ниже допустимого значения. Это приведет к затуханию короны, исчезновению потока ионов в зарядной камере, прекращению зарядки частиц и отсутствию полезного сигнала на входе измерительного усилителя, и, будучи фактически исправным, извещатель потеряет свою работоспособность.
Описанная ситуация возможна вследствие того, что для реализации максимально возможного диапазона измерения концентрации аэрозоля и обеспечения минимального уровня сигнала в чистых помещениях, рабочую точку для низких концентраций аэрозоля располагают на самом краю диапазона. Это достигается подбором минимального значения тока коронного разряда, необходимого для получения стабильного полезного сигнала на выходе измерительного усилителя.
Кроме того, при появлении в зоне зарядки токопроводящей пыли или внезапного броска напряжения питания возможен искровой пробой между электродами, что при наличии в воздухе горючих газов может привести к взрыву.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков.
Известно (см. Мирзабекян Г.З. «Зарядка аэрозолей в поле коронного разряда». - В кн. «Сильные электрические поля в технологических процессах». - М.: Энергия 1969 г. с.20-39.), что аэрозольные частицы в процессе зарядки в поле коронного разряда получают заряд, который складывается из долей приобретенных по дрейфовому и диффузионному законам. Величина этих долей напрямую зависит от плотности ионного потока между электродами коронного разряда, или, что одно и то же, тока коронного разряда.
Сохранение постоянства параметров зарядной камеры, за счет стабилизации тока коронного разряда, позволит увеличить долговечность извещателя и обеспечить его взрывобезопасность, не допуская искрового пробоя.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Электроиндукционный пожарный извещатель, состоящий из измерительного усилителя, блока обработки информации, блока питания, высоковольтного импульсного генератора и измерительной линии, содержащей зарядную камеру, индукционный электрод и побудитель расхода аэрозоля, в отличие от прототипа содержит регулятор напряжения, выход которого соединен с входом высоковольтного импульсного генератора, а вход с блоком питания, и резистивную цепочку, состоящую из двух последовательно включенных резисторов между внутренним электродом - игла зарядной камеры и общим проводом, а также включенных параллельно резистору, соединенному с общим проводом, конденсатора и стабилитрона, а общая точка резисторов подключена к управляющему входу регулятора напряжения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, фиг.1, где приведена структурная схема электроиндукционного пожарного извещателя и введены следующие обозначения.
1. Высоковольтный импульсный генератор.
2. Регулятор напряжения.
3. Блок питания.
4. Измерительный усилитель.
5. Блок обработки информации.
6. Внешний электрод - кольцо зарядной камеры.
7. Внутренний электрод - игла зарядной камеры.
8. Конденсатор.
9. Резистор.
10. Резистор.
11. Стабилитрон.
12. Индукционный электрод.
13. Светодиод.
14. Побудитель расхода аэрозоля.
F - Выходной сигнал.
Электроиндукционный пожарный извещатель содержит измерительную линию, в которой последовательно по потоку аэрозоля установлены - зарядная камера, (состоящая из внешнего электрода - кольцо 6 и внутреннего электрода - игла 7), индукционный электрод 12 и побудитель расхода аэрозоля 14. Выход высоковольтного импульсного генератора 1 подсоединен к внешнему электроду - кольцу 6 зарядной камеры, а вход - к регулятору напряжения 2. Внутренний электрод - игла 7 зарядной камеры, через последовательно включенные резисторы 9 и 10, подсоединен к общему проводу (земля). Параллельно резистору 10 включены конденсатор 8 и стабилитрон 11. Общая точка соединения резисторов 9 и 10 подсоединена к управляющему входу регулятора напряжения 2, на вход которого подается напряжение от блока питания 3. Вход измерительного усилителя 4 подключен к индукционному электроду 12, а выход к блоку обработки информации 5. Измерительный усилитель 4, блок обработки информации 5 и побудитель расхода аэрозоля 14 подключены к блоку питания 3.
Электроиндукционный пожарный извещатель работает следующим образом.
Побудитель расхода аэрозоля 14 обеспечивает через измерительную линию непрерывный и постоянный поток воздуха содержащего аэрозоль. Проходя через зарядную камеру (состоит из электродов кольцо 6 и игла 7), в которой осуществляется униполярный импульсный коронный разряд, поток приобретает за время импульса объемный электрический заряд пропорциональный концентрации частиц. Далее, проходя через индукционный электрод 12, поток наводит на нем заряд, переменная составляющая которого пропорциональна объемному электрическому заряду. Измерение осуществляется по напряжению, создаваемому наведенным зарядом на входной емкости измерительного усилителя 4 с последующей обработкой наведенного заряда в блоке обработки информации.
Выходной сигнал блока обработки информации 5 - F, служит для связи с приемно-контрольным прибором. Светодиод 13 служит для внешней индикации состояния пожарного извещателя.
Блок питания 3 обеспечивает необходимыми напряжениями питания регулятор напряжения 2, измерительный усилитель 4, блок обработки информации 5 и побудитель расхода 14.
Регулятор напряжения 2 поддерживает напряжение питания высоковольтного импульсного генератора 1 на уровне, необходимом для обеспечения требуемого тока коронного разряда (плотность ионного потока) в зарядной камере. Осуществляется это путем стабилизации, с помощью регулятора напряжения 2, величины падения напряжения на резисторе 10, которое пропорционально коронному току через зарядную камеру или плотности ионного потока. Конденсатор 8 служит для сглаживания пульсаций высокого напряжения и соответственно коронного тока. Стабилитрон 11 служит для защиты входного каскада регулятора напряжения 2 от броска тока в момент зажигания короны, при этом напряжение стабилизации стабилитрона 11 выбирается большим, чем величина падения напряжения, которую потребуется стабилизировать на резисторе 10. При увеличении или уменьшении по тем или иным причинам величины коронного тока через зарядную камеру, изменится падение напряжения на резисторе 10, что приведет к изменениям на выходе регулятора напряжения 2, питающего высоковольтный импульсный генератор в сторону компенсации произошедших изменений.
Таким образом, фактически происходит стабилизация тока коронного разряда (плотности ионного потока) в зарядной камере и достижение поставленной задачи увеличения долговечности пожарного извещателя и его пожаровзрывобезопасности.
Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата, а именно: обнаружения в охраняемом объекте нестандартной или нештатной ситуации, которая может быть классифицирована как опасная или пожароопасная, в течение длительного времени без дополнительных регламентных работ, и обеспечения пожаровзрывобезопасности самим извещателем, обеспечивается за счет того, что осуществляется стабилизация тока коронного разряда. Этим обеспечивается существенное увеличение сроков службы извещателей и расширение их области применения в пожаровзрывоопасных зонах.
Кроме того, предлагаемое устройство пригодно для наблюдения за любым аэрозольным загрязнением в охраняемом объекте, недопустимое изменение которого способно привести к нестандартной либо аварийной ситуации.