第三章感温探测器

1、火灾探测与信息处理火灾探测与信息处理第三章第三章 感温探测器感温探测器 火灾火灾 热能（温度）热能（温度） 燃烧产物（悬浮物）燃烧产物（悬浮物） 热辐射热辐射 热对流热对流 气体气体 烟雾气溶胶烟雾气溶胶光电感烟光电感烟 探测法探测法空气离化空气离化 探测法探测法可燃气体可燃气体 探测法探测法热热(温度温度) 探测法探测法火焰火焰(光光) 探测法探测法能量转换能量转换物质转换物质转换火焰光火焰光3 感温感温火灾探测器火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 一、感温探测的历史与现状一、感温探测的历史与现状 1、感温探测器的历史变革 1890年第一个感温探测器在英国研制成功，1896年几种不

2、同类型的定温探测器在英格兰办公署出版的保险手册中作了介绍。 20世纪2030年代，为了满足迅速探测火灾的需要，人们利用温升速率原理，发明了差温探测器。这种探测器在升温速率超过预定值时发出报警信号，典型产品有空气管式和机械式差温探测器。 之后，人们又将差温和定温两种功能组合在一起，研制出了兼有差温、定温两种功能的感温探测器，即差定温探测器。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 2、感温探测器的发展现状 在一些正常情况下有粉尘污染和水蒸气较多的场所，常规感烟探测器大都无法实现火灾探测，感温探测相对于感烟探测等其他探测方法，有更好的优越性及可靠性。 电力系统的隧道输电电缆、高压闸刀触头接点，冶金系统的锅

3、炉设备，石化行业的焦化炉、储油罐等，对这些设备部分进行温度监测可以有效地早期防止火灾事故发生。一、感温探测的历史与现状一、感温探测的历史与现状 二、感温式火灾探测方器分类二、感温式火灾探测方器分类 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器 (二二) 差温火灾探测器差温火灾探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器1. 点点 型定温火灾探测器型定温火灾探测器2. 缆式线型定温探测器缆式线型定温探测器1. 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器2. 线型差温火灾探测器线型差温火灾探测器2. 线型差定温火灾探测器线型差定温火灾探测器1. 点型差定温火灾探测器点型差定温火灾探测器3 感温感温火灾探

4、测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器fixed temperature heat detector 线型结构的温度敏感元件呈线状分布，所监视的区域线型结构的温度敏感元件呈线状分布，所监视的区域是一条宽带。是一条宽带。：定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起：定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的环境温度达到或超过预定温度时，发出报警信号的的环境温度达到或超过预定温度时，发出报警信号的火灾探测器。火灾探测器。(时间内温度增加量时间内温度增加量)1. 点型定温火灾探测器点型定温火灾探测器2. 缆式线型定温探测器缆式线型定温探测器点型结构是利用双金属片、易熔金属、热电偶、热敏

5、点型结构是利用双金属片、易熔金属、热电偶、热敏电阻等元件，在规定的温度值上产生火灾报警信号。电阻等元件，在规定的温度值上产生火灾报警信号。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (二二) 差温火灾探测器差温火灾探测器Differential temperature heat detector 线型差温火灾探测器主要的感温元件有按面积大小蛇线型差温火灾探测器主要的感温元件有按面积大小蛇形连续放置的空气管、分布式连接的热电偶以及分布形连续放置的空气管、分布式连接的热电偶以及分布式连接的热敏电阻等。式连接的热敏电阻等。 ：差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起：差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的

6、环境温升速率达到或超过预定值时，发出报警信号的环境温升速率达到或超过预定值时，发出报警信号的火灾探测器。的火灾探测器。(变化率或某一段短时间内温度的增量变化率或某一段短时间内温度的增量)1. 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器2. 线型差温火灾探测器线型差温火灾探测器点型差温火灾探测器主要有膜盒差温、双金属片差温、点型差温火灾探测器主要有膜盒差温、双金属片差温、热敏电阻差温火灾探测器等几种类型。常见的膜盒差热敏电阻差温火灾探测器等几种类型。常见的膜盒差温火灾探测器。温火灾探测器。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 三、感温探测器响应时间分析三、感温探测器响应时间分析 响应时间=接触时间+响应时

7、间 （一）点型感温探测器响应特性3 感温感温火灾探测器火灾探测器 （一）点型感温探测器响应特性（一）点型感温探测器响应特性 定温探测器是以标准温度25作为基准点来测量温升的，在温度达到54 之前，级、级、级灵敏度的探测器均不应动作。 差温探测器只对温度的变化率敏感，而且这一敏感比差定温型、定温型高。差温探测器感温元件只探测观察周期始末的状态差值。当环境温度以不大于1min的温升速率缓慢上升时，差温火灾探测器将不发出火灾报警信号，较为适用于发生火灾时温度快速变化的场所。 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 （二）线型感温探测器响应特性1定温探测器定温探测器 动作温度：探测器的动作温度应动作温度：探

8、测器的动作温度应在在55140C的范围内，并允许的范围内，并允许这一确定值与实际温度值有这一确定值与实际温度值有10的误差，但不得低于的误差，但不得低于55。 不动作温度：探测器的传感器不动作温度：探测器的传感器在其额定动作温度值下调在其额定动作温度值下调30的温度环境内放置的温度环境内放置30min不应动作。不应动作。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 线型感温探测器响应特性1定温探测器 响应时间响应时间 探测器的响应时间根据不同的额定动作温度分别以探测器的响应时间根据不同的额定动作温度分别以相应的试验方法试验有如下要求。相应的试验方法试验有如下要求。70 及以下等级的应不小于及以下等级的应不

9、小于20s。7l85等级的应不大于等级的应不大于30s。86100 等级的应不大于等级的应不大于40s。100C以上等级的应不大于以上等级的应不大于20s。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 2差温探测器差温探测器 (1)探测器的灵敏度等级应由制造厂在其产品说明探测器的灵敏度等级应由制造厂在其产品说明书中作出规定。书中作出规定。 (2)不动作试验，不动作试验，级、级、级、级、级灵敏度的探测级灵敏度的探测器要分别以器要分别以1min、2 min、3 min的升温速率升温，的升温速率升温，15 min内应不动作。内应不动作。 (3)动作试验，动作试验， 级、级、级、级、级灵敏度的探测器级灵敏度的探测

10、器要分别以要分别以10 min、20 min、30 min的升温速率升温，的升温速率升温，1min内应动作内应动作 (4)对于由控制器确定动作特性的差温探测器，可对于由控制器确定动作特性的差温探测器，可由控制器设置探测器的灵敏度，并应满足由控制器设置探测器的灵敏度，并应满足(2)和和(3)的要求的要求。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 四、感温式火灾探测方法四、感温式火灾探测方法 1. 点点 型定温火灾探测器型定温火灾探测器2. 缆式线型定温探测器缆式线型定温探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器fixed tem

11、perature heat detector 线型结构的温度敏感元件呈线状分布，所监视的区域线型结构的温度敏感元件呈线状分布，所监视的区域是一条宽带。是一条宽带。：定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起：定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的环境温度达到或超过预定温度时，发出报警信号的的环境温度达到或超过预定温度时，发出报警信号的火灾探测器。火灾探测器。1. 点型定温火灾探测器点型定温火灾探测器2. 缆式线型定温探测器缆式线型定温探测器点型结构是利用双金属片、易熔金属、热电偶、热敏点型结构是利用双金属片、易熔金属、热电偶、热敏电阻等元件，在规定的温度值上产生火灾报警信号。电阻等元件，在规

12、定的温度值上产生火灾报警信号。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器1. 点型定温火灾探测器点型定温火灾探测器接点接点双金属片双金属片+ +- -圆盘状双金属片式定温探测器圆盘状双金属片式定温探测器圆筒状双金属片式定温探测器圆筒状双金属片式定温探测器电接点电接点 铜合金片铜合金片固定块固定块调节螺栓调节螺栓 不锈钢管不锈钢管3感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器1. 点型定温火灾探测器点型定温火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 利用电阻器作为感温元件的感温探侧器称为电阻型温度探测器，其中感温元件主要有金属热电阻和半导体

13、热敏电阻两大类。 PN结温度传感器和它们相比，它的最大优点是输出特性呈线性，且测温精度高。 热电阻：热电阻是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性测量温度的一种电阻，大多数金属导体的电阻具有随温度变化的特性。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 热电阻主要有铂电阻、铜电阻和镍电阻等，其中铂热电阻和铜热电阻最为常见。 热敏电阻：热敏电阻是利用某种金属氧化物如铁、镍、锰等，加入一些添加剂，采用陶瓷工艺经高温烧结制成的具有半导体特性的电阻器，其电阻对温度变化很明显，电阻温度系数比金属热电阻大得多。 3种类型： 正温度系数（PCT） 负温度系数（NTC） 临界温度系数（CTR） 3 感温感温火灾探测器

14、火灾探测器 热敏电阻的特点如下： 灵敏度高，半导体电阻温度系数比金属大，一般是金属的十几倍，因此可以大大提高感温火灾探测响应的灵敏度。 体积小、热惯性小、结构简单，可根据不同要求制成不同形状。 化学稳定性好，力学性能好，价格低廉，寿命长，较易适合形成感温探测系统。 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器1. 点型定温火灾探测器点型定温火灾探测器 热敏电阻热敏电阻CTR随着环随着环境温度的升高，阻值境温度的升高，阻值缓慢下降，当到达设缓慢下降，当到达设定的温度点时，临界定的温度点时，临界电阻的阻值会迅速减电阻的阻值会迅速减至几十欧姆，从而完至几十欧姆，从而完成从

15、高阻态向低阻态成从高阻态向低阻态的转变，使得信号电的转变，使得信号电流迅速增大。流迅速增大。热敏电阻定温探测器电路原理图热敏电阻定温探测器电路原理图3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 感温电缆感温电缆 接线盒接线盒 终端盒终端盒检测火灾的敏感元件检测火灾的敏感元件配套部件，可向火灾报警控制器配套部件，可向火灾报警控制器发出火灾信号发出火灾信号对绞弹性钢丝对绞弹性钢丝(steel twist pair)热敏材料热敏材料(heat sensitive polymer)保护包带保护包带(protective tape)外

16、护套外护套(outer jacket)感温电缆从内到外依次为：感温电缆从内到外依次为：3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 探测原理：探测原理：正常状态正常状态两根钢丝间阻值接近无穷大。由于电缆终端接有电阻，并在另一端两根钢丝间阻值接近无穷大。由于电缆终端接有电阻，并在另一端加上电压，故正常情况下，电缆中通过微小的监视电流。加上电压，故正常情况下，电缆中通过微小的监视电流。 火灾状态火灾状态当电缆周围温度上升到额定动作温度时，钢丝间热敏绝缘材料的当电缆周围温度上升到额定动作温度时，钢丝间热敏绝缘材料的绝缘性能被破坏，

17、绝缘电阻发生跃变，接近短路，火灾报警控制绝缘性能被破坏，绝缘电阻发生跃变，接近短路，火灾报警控制器检测到这一变化后，报出火警信号。器检测到这一变化后，报出火警信号。 故障状态故障状态当线型定温感温电缆发生断线时，监视电流变为零，控制器据此可当线型定温感温电缆发生断线时，监视电流变为零，控制器据此可发出故障报警信号。发出故障报警信号。 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 缆式线型多级定温探测器由两根弹性钢丝分别包敷两种不同热敏系数的热敏材料，绞对成型，以实现不同温度等级的多级报警和相

18、同温度等级的二级报警。 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 屏蔽型线型定温感温电缆包敷复合金属箔片，接地后起良好电磁屏蔽作用，以防止强电磁场干扰信号串入线型定温探测器，以免影响报替控制器的正常工作，可提高系统的安全性和可靠性。 防爆型线型定温感温电缆在最外层编织高密度金属丝护套，使用时将金属丝接地，防止静电火花的产生，适合于防爆场合使用，属于本安型防爆产品。 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2.

19、 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器3 感温感温火灾探测器火灾探测器 普通型感温电缆的优点是结构简单，并能直接纳入火灾报警控制器工作。但因它结构和工作原理的局限存在以下缺陷： (1)破坏性报警 (2)报警温度固定 (3)故障信号不全 智能型可恢复线型感温探测器敷设在保护现场，其感温电缆各线芯之间组成互相比较的监测回路，根据阻值变化响应现场没备或环境温度的变化，从而实现感温探测报警的目的 。 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (1)非破坏性报警 (2)报警温度可调 (3)故障信号齐全感温电缆各线芯之间 的绝缘层为一

20、种特殊的负温度系数材料 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 电缆桥架电缆桥架油罐油罐开关柜开关柜高架仓库高架仓库大空间建筑大空间建筑物料传送带物料传送带典型应用场所典型应用场所3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (一一) 定温火灾探测器定温火灾探测器2. 线型定温火灾探测器线型定温火灾探测器 电缆隧道电缆隧道3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (二二) 差温火灾探测器差温火灾探测器 1. 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器2. 线型差温火灾探测器线型差温火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (二二) 差温火灾探测器差温火灾探测器Differe

21、ntial temperature heat detector 线型差温火灾探测器主要的感温元件有按面积大小蛇线型差温火灾探测器主要的感温元件有按面积大小蛇形连续放置的空气管、分布式连接的热电偶以及分布形连续放置的空气管、分布式连接的热电偶以及分布式连接的热敏电阻等。式连接的热敏电阻等。 ：差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起：差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的环境温升速率达到或超过预定值时，发出报警信号的环境温升速率达到或超过预定值时，发出报警信号的火灾探测器。的火灾探测器。1. 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器2. 线型差温火灾探测器线型差温火灾探测器点型差温火灾探测器主要

22、有膜盒差温、双金属片差温、点型差温火灾探测器主要有膜盒差温、双金属片差温、热敏电阻差温火灾探测器等几种类型。常见的膜盒差热敏电阻差温火灾探测器等几种类型。常见的膜盒差温火灾探测器。温火灾探测器。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (二二) 差温火灾探测器差温火灾探测器1. 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器+ +- -感热外罩感热外罩金属膜片金属膜片定触点定触点漏气孔漏气孔空气室空气室金属膜盒差温火灾探测器金属膜盒差温火灾探测器 空气膜盒是温度敏感元空气膜盒是温度敏感元件，其感热外罩与底座形成件，其感热外罩与底座形成密闭气室，有一小孔与大气密闭气室，有一小孔与大气连通。当环境温度缓慢变化连通。

23、当环境温度缓慢变化时，气室内外的空气可由小时，气室内外的空气可由小孔进出，使内外压力保持平孔进出，使内外压力保持平衡。如温度迅速升高，与室衡。如温度迅速升高，与室内空气受热膨胀来不及外泄，内空气受热膨胀来不及外泄，致使室内气压增高，金属波致使室内气压增高，金属波纹膜片鼓起与中心线柱相碰，纹膜片鼓起与中心线柱相碰，电路接通报警。电路接通报警。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (二二) 差温火灾探测器差温火灾探测器2. 线型差温火灾探测器线型差温火灾探测器空气管式差温火灾探测器空气管式差温火灾探测器 当气温正常变化时，受热当气温正常变化时，受热膨胀的气体能从传感元件泄气膨胀的气体能从传感元件泄气孔

24、排出，因此不能推动膜盒膜孔排出，因此不能推动膜盒膜片，动、静接点不会闭合。火片，动、静接点不会闭合。火灾时，现场温度急剧上升，空灾时，现场温度急剧上升，空气管内的空气突然受热膨胀，气管内的空气突然受热膨胀，泄气孔不能立即排出，膜盒内泄气孔不能立即排出，膜盒内压力增加推动膜片，使之产生压力增加推动膜片，使之产生位移，动、静接点闭合，接通位移，动、静接点闭合，接通电路，输出报警信号。电路，输出报警信号。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器 2. 线型差定温火灾探测器线型差定温火灾探测器1. 点型差定温火灾探测器点型差定温火灾探测器 3 感温感温火灾探测器火灾

25、探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器Differential-fixed temperature heat detector 线型差温火灾探测器主要的感温元件有分布式连接的线型差温火灾探测器主要的感温元件有分布式连接的热电偶以及分布式连接的热敏电阻等，其探测原理与热电偶以及分布式连接的热敏电阻等，其探测原理与缆式线型定温探测器大致相同。缆式线型定温探测器大致相同。 ：将差温式、定温式两种感温探测器结合在一起，：将差温式、定温式两种感温探测器结合在一起，同时兼有两种火灾探测功能的一种火灾探测器。同时兼有两种火灾探测功能的一种火灾探测器。 1. 点型差定温火灾探测器点型差定温火灾探测

26、器2. 线型差定温火灾探测器线型差定温火灾探测器点型差定温火灾探测器主要有膜盒差定温、双金属片点型差定温火灾探测器主要有膜盒差定温、双金属片差定温和热敏电阻差定温火灾探测器三种差定温和热敏电阻差定温火灾探测器三种 。常见的。常见的膜盒差定温火灾探测器。膜盒差定温火灾探测器。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器(1) 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器防爆防潮型差定温探测器外部构造防爆防潮型差定温探测器外部构造防爆防潮型差定温探测器内部结构防爆防潮型差定温探测器内部结构A:气室气室(air chamber)B:漏气孔漏气孔(calibrated vent

27、)C:波纹片波纹片(metal diaphragm)D:动触点动触点(flexible contact)E:静触点静触点(stationary contact)F:易熔合金焊点易熔合金焊点(fusible eutectic alloy spot)G:弹簧片弹簧片(spring)H:更换提示孔更换提示孔(easily visible hole)3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器(1) 点型差温火灾探测器点型差温火灾探测器调整电阻调整电阻参考热敏电阻参考热敏电阻采样热敏电阻采样热敏电阻阈值电路阈值电路双稳态电路双稳态电路当温度达到临界温度后，由于当温度达到

28、临界温度后，由于RM和和RR都变得很小，都变得很小，RA和和RR串联后，串联后，RR的影的影响力可以忽略，这样响力可以忽略，这样RA和和RM就使探测器表现为就使探测器表现为。当外界温度急剧升高，当外界温度急剧升高，RM阻值迅速下降，阻值迅速下降，RR阻值变化缓慢。当阈值电路输阻值变化缓慢。当阈值电路输入端电位达到阈值时，发出报警信号，探测器表现为入端电位达到阈值时，发出报警信号，探测器表现为。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 光栅光纤感温探测器光栅光纤感温探测器heat detector using fiber Bragg grating 涂覆层涂覆层芯层芯层包层包层剥去涂覆层剥去涂覆层紫外光

29、紫外光借助干涉图借助干涉图样形成光栅样形成光栅涂覆层涂覆层保护作用保护作用包包 层层石英，折射率石英，折射率n2芯芯 层层石英掺杂，折射率石英掺杂，折射率n1n1n2，形成波导，使光在芯层传播，形成波导，使光在芯层传播敏感元件敏感元件布拉格光栅布拉格光栅制造工艺制造工艺利用芯层的光敏特利用芯层的光敏特性，通过紫外激光曝光，借助干性，通过紫外激光曝光，借助干涉图样，使一段芯层的折射率发涉图样，使一段芯层的折射率发生周期性永久变化，形成布喇格生周期性永久变化，形成布喇格光栅结构。光栅结构。3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器(2) 线型差温火灾探测器线型差温火灾探测器光栅光纤感温探测器光栅光纤感温探测器 带带 宽宽强强 度度B带带 宽宽强强 度度B带带 宽宽强强 度度effBn2 反射光中心波长反射光中心波长 effn光栅栅距，也称光栅的条纹周期光栅栅距，也称光栅的条纹周期 光栅的有效折射率光栅的有效折射率 光栅温度变化光栅温度变化热胀冷缩热胀冷缩热光效应热光效应heat detector using fiber Bragg grating 3 感温感温火灾探测器火灾探测器 (三三) 差定温火灾探测器差定温火灾探测器(2)线线型差温火灾探测器型差温火灾探测器光纤光栅传感网络原理图