⽕灾探测器原理
1 ⽕灾探测器定义及形式
1。1 所谓的⽕灾探测器，是指⽤来响应其附近区域由⽕灾产⽣的物理和/或化学现象的探测器件。
1。2 ⽕灾探测器根据其传感器的结构形式，可分为点型⽕灾探测器和线型⽕灾探测器。
2 ⽕灾探测器分类及性能指⽰
2。1 ⽕灾探测器分类型谱
根据不同的⽕灾探测⽅法可构成相应的⽕灾探测器，按照其待测的⽕灾参数不同划分的分类型谱如图：
⽕灾探测器分类型谱
2。2 ⽕灾探测器的性能指标要求
（1）⽕灾探测器的灵敏度——通常⽤以下⼏个概念来表⽰： ——灵敏度：指⽕灾探测器响应⽕灾参数的想度敏感程度，有时也指⽕灾灵敏度。根据国家标准GB4968-85〈〈⽕灾分类〉〉的规定，A类⽕灾是指固体物质⽕灾，B类⽕灾是指液体⽕灾或可熔化固体物质⽕灾，C类⽕灾是指⽓体⽕灾。各种不同的⽕灾探测器对各种类型⽕灾的灵敏度如下表所⽰：
各种⽕灾探测器的灵敏度
——灵敏度级别：是指⽕灾探测器响应⼏种不同的标准实验⽕时，⽕灾参数的不同相同响应范围。⽕灾探测器的⽕灾灵敏度级别按照⽕灾参数的不同响应范围⼀般分为三级。
——感烟灵敏度：是指感烟⽕灾探测器响应烟粒⼦浓度的相对敏感程度，也可称作响应灵敏度。
——感烟灵敏度档次：是指采⽤标准烟（或试验⽓溶胶）在烟箱中标定的感烟探测器⼏个（⼀般为3个）不同的相宜阈值的范围，也可称作响应灵敏度档次。
（2）⽕灾探测器的可靠性
——是指在适当的环境条件下，⽕灾探测器长期不间断运⾏期间随时能够执⾏其预定功能的能⼒。
（3）⽕灾探测器的稳定性
——是指在⼀个预定的周期时间内，以不变的灵敏度重复感受⽕灾的能⼒。
（4）⽕灾探测器的维修性
——是指对可以维修的探测器产品进⾏修复的难易程度或性质。
上述四项⽕灾探测器的主要技术指标⼀般不能精确次顶，只能给出⼀般性估计，下表给出了常⽤⽕灾探测器的灵敏度、可靠性、稳定性和维修性指标评价，以供参考。
各种⽕灾探测器的主要技术指标
（5）⽕灾探测器性能指标指⽰
——⼯作电压和允差，⽕灾探测器⼯作电压统⼀规定为24V，按照国家标准规定，允差为额定⼯作电压的-15%~10%。——响应阈值和灵敏度，响应阈值是指⽕灾探测器动作的最⼩参数值，不同类型⽕灾探测器的响应阈值单位量纲也不相同。灵敏度是指⽕灾探测器响应⽕灾参数的敏感程度，⽕灾探测器的灵敏度⼀般分为三级，供探测器在不同条件下使⽤。
——监视电流，是指⽕灾探测器处于监视状态下的⼯作电流。表⽰了⽕灾探测器在监
视状态下的功耗，因此要求⽕灾探视器的监视电流越⼩越好。储槽
——允许的最⼤报警电流，是指⽕灾探测器处于报警状态时允许的最⼤⼯作电流。允许最⼤报警电流越⼤，表明⽕灾探测器的负载能⼒越强。 ——报警电流，是指处于报警状态时的⼯作电流。报警电流和允差值决定了⽕灾探测报警系统中⽕灾探测器的最远安装距离，以及在⼀个地址码允许并接的⽕灾探测器数量。
——⼯作环境条件，是指环境温度、相对湿度、⽓流速度和清洁程度等，通常要求⽕灾探测器对⼯作环境的适应性越强越好。
3 感烟式⽕灾探测器
烟雾是⽕灾的早期现象，利⽤感烟式⽕灾探测器可以最早感受⽕灾信号即⽕灾参数，所以，感烟式⽕灾探测器是⽬前世界上应⽤较普及、数量较多的⽕灾探测器。⽬前，常⽤的感烟式⽕灾探测器是离⼦感烟式⽕灾探测器和光电感烟式⽕灾探测器。
3。1 离⼦感烟式⽕灾探测器
——离⼦感烟式⽕灾探测器是采⽤空⽓离化⽕灾探测⽅法构成和⼯作的，他是利⽤放射形同位素释放的⾼能量a射线将局部空间的空⽓电离产⽣正、负离⼦，在外加电压的作⽤下形成离⼦电流，当⽕灾产⽣的烟雾及燃烧产物即烟雾⽓溶胶进⼊电⼒空间（⼀般称为电离室）时，⽐表⾯积较⼤的烟雾粒⼦将吸附其中的带电离⼦，产⽣离⼦电流变化，经电⼦线路加以检测，从⽽获得与烟浓度有直接关系的电信号，⽤于⽕灾确认和报警。净烟器
——采⽤空⽓离化⽕灾探测法实现的感烟探测，对于⽕灾初起和阴燃阶段的烟雾溶胶检测⾮常灵敏有效，可测烟雾粒径范围在0.03~10µm左右.这类⽕灾探测器只适⽤于构成点型结构.
——根据这种⽕灾探测器内电离室的结构形式，离⼦感烟式⽕灾探测器可以分为双源感烟式和单源感烟式⽕灾探测器。
3。2 光电感烟式⽕灾探测器
——根据烟雾离⼦对光的吸收和散射作⽤，光电感烟式⽕灾探测器可分为减光式和散射光式两种类型。
3。2。1 减光式光电感烟式⽕灾探测器
——原理：进⼊光电检测暗室内的烟雾粒⼦对光源发出的光产⽣吸收和散射作⽤，使得通过光路上的电子标签分拣系统
光通量减少，从⽽在受光元件上产⽣的光电流降低。光电流相对于初始标定值的变化量⼤⼩，反映了烟雾的浓度⼤⼩，据此可通过电⼦线路对⽕灾信息进⾏阈值放⼤⽐较、类⽐判断处理或⽕灾参数运算，最后通过传输电路产⽣相应的⽕灾信号，构成开关量⽕灾探测器、类⽐式模拟量⽕灾探测器或分布智能式智能化探测器。 ——减光式光电感烟⽕灾探测原理可⽤于构成点型结构的⽕灾探测器，但是，更适⽤于构成线型结构的⽕灾探测器，实现⼤⾯积⽕灾探测。
3。2。2 散射式光电感烟⽕灾探测器
——原理：进⼊遮光暗室的烟雾粒⼦对发光元件（光源）发出的⼀定波长的光产⽣散射作⽤（按照光散射定律，烟粒⼦需轻度着⾊，且当其粒径⼤于光的波长时将产⽣散射作⽤），使得处于⼀定夹⾓位置的受光元件（光敏元件）的阻抗发⽣变化，产⽣光电流。此光电流的⼤⼩与散射光强弱有关，并且由烟粒⼦的浓度和粒径⼤⼩及着⾊与否来决定。根据受光元件的光电流⼤⼩（⽆烟雾粒⼦时光电流⼤⼩约为暗电流），既当烟粒⼦浓度达到⼀定值时，散射光的能量就⾜以产⽣⼀定⼤⼩的激励⽤光电流，可以⽤于激励遮光暗室外部的信号处理电路发出⽕灾信号。显然，遮光暗室外部的信号处理电路采⽤的结构和数据处理⽅式不同，可以构成不同类型的⽕灾探测器，如阈值报警开关量⽕灾探测器、类⽐判断模拟量⽕灾探测器和参数运算智能化⽕灾探测器。
—
—散射光电感烟探测⽅式⼀般只适⽤于点型探测器结构。⼀般的，散射光式感烟⽕灾探测器中光源的发光波长约在0.9µm左右，光脉冲宽度在10-2--10ms，发光间歇时间在3~5s，对燃烧产物中颗粒粒径在0.9~10µm的烟雾粒⼦能够灵敏探测,⽽对于
0.01~0.9µm的烟雾粒⼦浓度变化⽆灵敏反应.
3。3 感烟式⽕灾探测器的灵敏度指标
——点型感烟式⽕灾探测器是对保护区域中某⼀点周围烟雾参数响应的探测不见，探测器本⾝处于长期监视的连续⼯作状态，因此，他的灵敏度、稳定性、可保养性及长期⼯作的可靠性是衡量⽕灾探测器质量优劣、⽕灾探测报警系统是否处于最佳⼯作状态的主要技术指标。
韩先良——感烟式⽕灾探测器的灵敏度级别是指在特定的实验条件下，对规定的四种实验⽕（1、⽊材热解阴燃⽕ 2、棉绳灼热阴然⽕ 3、聚氨酯塑料明⽕ 4、正庚烷液体⽕）的⽕灾参数（减光系数m值、烟浓度Y值、温度增量△T值）不同的响应范围。利⽤m值、Y 值和△T值可将感烟式⽕灾探测器的灵敏度定义为以下三级。
Ⅰ级：mⅠ≤0.5dB/m，YⅠ≤1.5，△TⅠ≤15℃
Ⅱ级：mⅡ≤1.0dB/m，YⅡ≤3.0，△TⅡ≤30℃
Ⅲ级: mⅢ≤2.0dB/m，YⅢ≤6.0，△TⅢ≤60℃
在实际应⽤中，常采⽤减光率来表⽰感烟式⽕灾探测器的三级灵敏度，如下所⽰:
Ⅰ级：减光率 5%/m，⽤于禁烟场所
Ⅱ级：减光率为（10~15）%/m，⽤于⼀般场所、允许吸烟的客房和居室
Ⅲ级: 减光率为20%/m，⽤于吸烟室、楼道、⾛廊等场所
4 感温式⽕灾探测器
——感温式⽕灾探测器可以根据其作⽤原理分为三⼤类：定温式⽕灾探测器、差温式⽕灾探测器、差定温式⽕灾探测器。4。1 定温式⽕灾探测器
——定温式⽕灾探测器是在规定时间内，⽕灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的⽕灾探测器。他有点型和线型两种结构形式。
——⽬前常⽤的定温式⽕灾探测器有双⾦属、易熔合⾦和热敏电阻⼏种形式。
4。2 差温式⽕灾探测器
——差温式⽕灾探测器是在规定时间内，⽕灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的⽕灾探测器。他有点型和线型良种结构。
——消防⼯程中常⽤的差温式⽕灾探测器多是点型结构，差温元件多采⽤空⽓膜盒和热敏电阻。
4。3 差定温式⽕灾探测器
——差定温式⽕灾探测器结合了定温式和差温式两种感温作⽤原理并将两种探测器结构结合在⼀起。在消防⼯程中，常见的差定温式⽕灾探测器是将定温式、差温式两种感温⽕灾探测器组装结合在⼀起，兼有两者的功能，若其中某⼀功能失效，则另⼀种功能仍然起作⽤。因此，⼤⼤提⾼了⽕灾监测的可靠性。
——差定温式⽕灾探测器根据其⼯作原理，还可以分为机械式和电⼦式两种。电⼦式差定温⽕灾探测器在当前⽕灾探测报警及消防联动控制系统中⽤的⽐较普遍。他的定温探测和差温探测两部分都是由半导体电⼦电路来实现的。
4。4 感温式⽕灾探测器的主要性能指标
4。4。1灵敏度：灵敏度表⽰感温式⽕灾探测器对标定的温度值（定温式⽕灾探测器）或对表顶的温升速率（差温式⽕灾探测器）的敏感程度（敏感程度以动作时间值表⽰）。⼀
般的，将感温式⽕灾探测器的灵敏度定为三个等级，即⼀级、⼆级、三级，并且分别⽤绿⾊、黄⾊和红⾊三种⾊点标记表⽰。
4。4。2标定值：标定值是指规定感温式⽕灾探测器动作的动作温度值（定温式⽕灾探测器）或动作温升速率值（差温式⽕灾探测器）
——定温式⽕灾探测器其动作标定动作温度值⼀般有：60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃等，其误差均限定为±5%之内。
——差温式⽕灾探测器标定动作温升速率值⼀般有：1℃/min、3℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min等。——差定温式⽕灾探测器其中差温部分与差温式⽕灾探测器标定动作值相同，定温部分与定温式⽕灾探测器基本相同，⽽惟⼀不同之处是：定温部分在温升速率⼩于1℃/min时，其标定动作温度值以上、下限值给出。
⼀级灵敏度：54℃＜标定动作温度值＜62℃
⼆级灵敏度：54℃＜标定动作温度值＜70℃
服务器硬件监控
三级灵敏度：54℃＜标定动作温度值＜78℃
4。4。3动作时间：感温式⽕灾探测器在某⼀设定的环境条件下，对标定的温度（定温）或标定的温升速率（差温），由不动作到动作所需时间的上限值被定为动作时间值。显然，对于相同标定值⽽⾔，探测器灵敏度越⾼则动作时间值就越⼩。——下表给出了各个灵敏度的差温式⽕灾探测器的动作时间值，其设定的环境条件是：起始温度为25℃，风速为
（0.8±0.1）m/s。
——下表给出了个灵敏度的定温⽕灾探测器的动作时间值，其设定的环境条件是：起始温度为25℃，垂直风流速度为1m/s，动作温度值为标定值的1.25倍。
4。4。4保护⾯积：保护⾯积是指⼀只⽕灾探测器能够有效的探测到被监测区域中的⽕灾信息的最⼤地⾯⾯积。
4。4。5⼯作电压及⼯作电流：国标规定⽕灾探测器的⼯作电压为DC24V±10%，⽕灾探测器的最⼤报警电流⼀般不超过
DC100Ma。
4。4。6⼯作环境：⼯作环境通常是指从温度和湿度两⽅⾯提出限定范围值，⼀般的，⽕灾探测器的⼯作温度：-10~50℃（普通型）或-40~40℃（耐低温型）。环境湿度：不⼤于90%±3%（35℃时），或不⼤于95%±3%（40℃时）
5 感光式⽕灾探测器
——感光式⽕灾探测器主要是指⽕焰光探测器，⽬前⼴泛使⽤紫外式和红外式两种类型。
5。1 紫外感光⽕灾探测器
——当有机化合物燃烧时，其氢氧根在氧化反应中会辐射出强烈的波长为250nm的紫外光。因⽽，紫外感光⽕灾探测器就是利⽤⽕焰产⽣的强烈紫外辐射光来探测⽕灾的。紫外感光⽕灾探测器的敏感元件是紫外光敏管。他是在玻璃外壳内装着两根⾼纯度的钨或银丝制成的电极。当电极接受到紫外光辐射时⽴即发射出电⼦，并在两极的电场作⽤下被加速。由于管内充有⼀定量的氢⽓和氦⽓，所以当这些被加速⽽具有较⼤动能的电⼦同⽓体分⼦碰撞时，将使⽓体分⼦电离，电离后产⽣的正、负离⼦⼜被加速，他们⼜会使更多的⽓体分⼦分离。于是在极短的时间内，造成“雪崩”式的放电过程，从⽽式紫外光敏管由截⽌状态变成导通状态，驱动电路发出报警信号。
——⼀般的，紫外光敏管只对190~290nm的紫外光起感应。由于紫外光敏管具有输出功率⼤、耐⾼温
、寿命长、反应快速等特点，可在交直流电压下⼯作，因⽽被⼴泛⽤于探测⽕灾引起的波长在0.2~0.3µm以下的紫外辐射和作为⼤型锅炉⽕焰状态的监视元件。他特别适⽤于⽕灾初期不产⽣烟雾的场所（如⽣产、储存酒精、⽯油等场所），也适⽤于电⼒装置⽕灾监控和快速探测⽕焰及易爆的场所。⽬前消防⼯程中所使⽤的紫外感光⽕灾探测器都是由紫外光敏管与驱动电路组合⽽成的。
——紫外感光⽕灾探测器在使⽤中应当注意如下事项：
（1）应避免阳光直接照射，以防⽌阳光中的微弱紫外光辐射造成误报警
（2）在安装有紫外感光⽕灾探测器的保护区域及其临近区域内，不能进⾏电焊操作，若必须进⾏电焊操作时，应采取相应措施，以防误动作报警
（3）在安装有紫外感光探测器的区域及其周围区域，不允许安装发射⼤量紫外线的碘钨灯等照明设备，以免引起误动作
（4）紫外光敏管受外界环境影响，长期使⽤可能会造成管⼦特性发⽣变化，形成⾃激现象，从⽽导致紫外感光⽕灾探测器频繁误报警，这时需更换紫外光敏管（5）对紫外光敏管应经常清洁，定期维修，以确保透光性良好
5。2 红外感光⽕灾探测器
——红外感光⽕灾探测器是利⽤红外光元件的光电导或光伏效应来敏感的探测低温产⽣的红外辐射，红外辐射光波波长⼀般应⼤于0.76µm.由于⾃然界中只要物体⾼于绝对零度都会产⽣红外辐射，所以，利⽤红外辐射探测⽕灾时,⼀般还要考虑物质燃烧时⽕焰的间歇性闪烁现象，以区别于背景红外辐射.物质燃烧时⽕焰的闪烁频率⼤约在3~30Hz ——红外感光⽕灾探测器在使⽤时应当注意以下事项
（1）红外感光⽕灾探测器的探头在安装时，应避开阳光的直射及反射，也应避开强烈灯光的照射，以防⽌由此引起的误报警
（2）对探头光学部分应定期清洁，当红玻璃⽚有灰尘回⽔汽时，可⽤擦镜纸或绒布擦拭
（3）红外感光⽕灾探测器的报警灵敏度切不可调的太⾼，以免因过于灵敏⽽出现误报警
6 可燃⽓体探测器
——可燃⽓体的探测原理，按照使⽤的⽓敏元件或传感器的不同主要分为热催化原理、热导原理、⽓敏原理和三端电化学原理四种。
——热催化原理，是指利⽤可燃⽓体在有⾜够氧⽓和⼀定⾼温条件下，发⽣在铂丝催化元件表⾯的⽆焰燃烧，防出热量并引起铂丝元件电阻的变化，从⽽达到可燃⽓体浓度探测的⽬的
—
—热导原理，是利⽤被测⽓体与纯净空⽓导热性的差异和在⾦属氧化物表⾯燃烧的特性，将被测⽓体浓度转换成热丝温度或电阻的变化，达到测定⽓体浓度的⽬的——⽓敏原理，是利⽤灵敏度较⾼的⽓敏半导体元件吸附可燃⽓体后电阻变化的特性来
达到测量和探测⽬的
——三端电化学原理，是利⽤恒电位电解法，在电解池内安装三个电极并施加⼀定的极化电压，以透⽓薄膜将电解池同外部隔开，被测⽓体透过此薄膜达到⼯作电极，发⽣氧化还原反应，从⽽使得传感器产⽣与⽓体浓度成正⽐的输出电流，达到探测⽬的——采⽤热催化原理和热导原理测量⽓体时，不具有⽓体选择性，即具有可燃⽓体探测的⼴谱性，通常以体积百分⽐表⽰⽓体浓度。催化燃烧式⽓体探测器的优点是对可燃⽓体探测线性好，受湿度、温度影响⼩，响应快。缺点是对低浓度可燃⽓体灵敏度低，敏感元件受到催化剂侵害后其特性锐减，⾦属丝易断。热导式⽓体传感器的特点是不⽤催化剂，不存在催化剂影响⽽使特性变坏问题，既可⽤于可燃性⽓体测量，也可⽤于⽆机⽓体及其浓度测量。
——采⽤⽓敏原理和三端电化学测量可燃⽓体时，具有⽓体选择性，适⽤于⽓体成分检测和低浓度测量，通常以
ppm（1ppm=10-6）表⽰⽓体浓度。⼀般的，⽓敏半导体传感器廉价，灵敏度⾼，但可靠性、对⽓体
的选择性、稳定性较差；电化学传感器灵敏度、可靠性、⽓体选择性、稳定性较好，响应速度良好，测定范围宽，但价格较⾼。
——对可燃⽓体进⾏有效测量的⽅法随⽓体的种类、浓度、成分、⽤途⽽异，当前主要使⽤的⽓敏元件种类如下图：
⽓敏元件分类
——当前主要的⽓体检测⽅法如下表：
当前主要使⽤的⽓体检测⽅法
注：0表⽰可测量
——⼀般地，⽤于实际⼯程中的可燃⽓体探测器多为点型结构形式。在⼯程应⽤中，多采⽤微功耗热催化元件实现可燃⽓体浓度检测，采⽤⽓敏半导体元件或三端电化学元件时下可燃起成分和有害⽓体成分检测
——可燃⽓体探测器在使⽤过程中应当注意以下事项：投料机
（1）安装位置应当根据待探测的可燃⽓体性质来确定。若被检测⽓体为天然⽓、煤⽓等，较空⽓轻，极易漂浮上升，应将可燃⽓体探测器安装在设备上⽅或天花板附近；若被探测⽓体为液化⽯油⽓等，较空⽓重，则应安装在距地⾯不超过50cm的地⽅（2）可燃⽓体探测器属长期通电状态，应当每⽉检查⼀次，现场检查⽅法是⽤棉球蘸上⼀点酒精靠近⽓敏元件，如给出报警，表⽰⼯作正常
（3）催化元件对多种可燃⽓体⼏乎有相同的敏感性，所以在有混合⽓体存在的场所，他不能作为分辨混合⽓体组分的敏感元件来使⽤
（4）可燃⽓体敏感元件的理化特性研究表明，硫化物可使元件特性发⽣变化，且⼜不能恢复，出现所谓“中毒”现象，所以仪，可燃⽓体敏感元件需防“中毒”，并且避免直接油浸或油垢污染，也不能在有酸、碱腐蚀性⽓体中长期使⽤。
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