火災探測器故障分析

2021-01-17 榮勝消防工程師

本文從火災探測器的工作原理入手,分析火災探測器的部分及主要幹擾來源,並對此提出一些改進的方法。

火災探測器顧名思義就是探測是否有火災正在發生的設備,根據火災的特點及其產生物(例如:煙、熱、火焰等)的特性,可分為:感煙探測器、感溫探測器及火焰探測器三類。

火災探測器的一般工作原理:傳感元件檢測火災產生物或火災發生時的特性值,變送電路將探測元件傳來的原始信號轉換為電流/電壓信號,或是脈衝、開關量,送入火災自動報警控制器中,控制器對接收到的信號加以計算分析,並判定是否有火災正在發生,是則發出報警信號。有些系統為減輕火災自動報警控制器的負擔,在火災偵測器內安裝了CPU,承擔了控制器大部分的數據計算和分析任務。現在,簡單介紹三種探測器的工作原理。

光電式感煙探測器有一個迷宮式煙霧探測室,裡面設有一個光源和一個感光元件。由於是迷宮式設計,光源的光線一般不能照射到感光元件上,但是當有煙霧進入後,光線在煙霧中產生散射,從而有部分光線射到感光元件上,煙霧越濃,散射到感光元件上的光線就越多,感光元件再把光信號轉換為電信號進行輸出。

離子式感煙探測器由一個放射源(如Am241)、外置的採樣室和內置的離子參考樣本室組成。當放射源照射空氣中的物質時,一部分物質變成帶正電的離子,另一部分物質變成帶負電的離子。帶正電的離子和帶負電的離子在電場的作用下形成了一個電場。當煙霧進入採樣室後與帶電的離子結合,帶電離子數量的減少使電場電壓產生了變化,煙霧越多越濃電壓變化就越大。

溫度探測器是利用感溫元件把溫度值傳給控制器或利用雙金屬片產生一個開關量並傳給控制器的。定溫式感溫探測器就是先檢測溫度的高低,當溫度達到某一設定溫度時(如:58℃)就發出報警信號;而變溫式感溫探測器則是檢測溫度上升的斜率達到某一標準而產生報警(如:10分鐘內,溫度上升了6℃)。

由火災探測器的組成結構及其工作原理,我們很容易就可以判斷出火災探測器的哪些部分容易受到外界幹擾,而這些外界幹擾因素就是幹擾源。

我們認為火災探測器最容易受到幹擾的是以下幾個部分:

傳感元件是火災探測器的「眼睛」,但它的「視力」有限。例如:當與煙霧某方面特性相似的物質(如:粉塵、水霧)被它「看見」後,就會認為是煙霧,從而產生誤報警。另外一方面,由於傳感元件一般是暴露在外界,比較容易受外界的粉塵、潮氣影響而導致靈敏度降低。

探測電路是包括傳感元件在內的一組電路,主要的功能是把傳感元件傳送過來的「信息」轉換為我們所需要的電壓或電流信號。當受到外界電磁幹擾時,它就會產生誤報警或者是不報警,甚至會損壞設備。

通訊電路和通訊線路負責把探測到的「信息」傳送到火災報警控制器,但在這個過程中很可能會因受到幹擾而產生誤報警。例如:探測電路傳送過來的信息經過A/D轉換變為數位訊號,然後再經過通訊電路和通訊線路送到火災報警控制器,但可能因受到幹擾而把「0」信號變為「1」信號或是把低電平變為高電平,從而使火災報警控制器接收到假信息並產生誤報警。

因此,幹擾火災探測器正常工作的幹擾因素,我們認為主要有以下幾種:

自然環境的破壞、綠地的減少、城市的建設、工廠的亂排亂放等都造成了空氣中的粉塵含量越來越高,而粉塵對火災探測器(特別是感煙火災探測器)來說是「頭號殺手」。因為過多的粉塵停留在探測器的光學元件上,會導致探測器的靈敏度下降或造成失效;另一方面,過多的粉塵停留在採樣室中會造成光線的大量散射,使感光元件接收太多的光線導致探測器誤報警。對於離子式探測器,會因為大量的灰塵進入採樣室與帶電離子結合而導致探測器誤報警。當具有腐蝕性的粉塵停留在探測器的電路板上,就會腐蝕電路板,遇上潮溼的天氣情況會變得更嚴重。

潮氣,特別是南方的梅雨天氣下,溼度通常大於95%,這會對探測器的電子板件及探測元件造成很大的影響。首先,會造成電子板件受潮短路而損壞,或是使絕緣性降低而產生系統接地;其次,當潮氣進入探測器的探測室時,會對探測元件造成幹擾。特別是對感煙探測器,當潮氣進入探測室後,大量散射探測器光源發出的光線,從而導致探測器誤報警。

日光燈的鎮流器、高壓電機、通訊發射臺等設備都會發出電磁幹擾,當探測器安裝在這些設備附近時,或多或少都會受電磁場幹擾。當火災探測器的電路或通訊線路受幹擾時,就可能產生誤報警。

當火災探測器安裝在有高速氣流的位置時,如通風空調的送風口附近、風室、風道等,高速氣流會將煙霧吹離探測器使探測器報警緩慢,另一方面高速氣流進入感煙探測器的採樣室後,會形成氣流旋,使停留在採樣室的粉塵揚起造成誤報警。

要完全解決幹擾問題,最好的方法莫過於移除幹擾源。但多數情況下,幹擾源是無法排除的,甚至某些幹擾源還是受保護對象。因此,我們只能從減少幹擾影響的角度進行考慮。以下是結合小編工作經驗,提出的幾點改進方法:

據不完全統計,70%的火災偵測器誤報警是由於不合理安裝所造成的。因此,正確選定火災偵測器類型、以及按照有關的技術說明和規範正確安裝與布線是減少幹擾影響的關鍵。

(1)正確選定火災探測器的類型

(2)安裝位置的確定

(3)合理規範布線

目前較先進的火災自動報警控制器均對火災偵測器從現場採集回來的數據進行計算分析,從而判定是否有火災發生。實踐證明,通過優化火災自動報警控制器的計算方法能有效地減少幹擾的影響。

為探測器加裝一些額外的防護裝置,也可以起到一定的減少幹擾影響的作用。

隨著科技不斷進步、人們在抗幹擾問題上的不斷探索與研究,近代出現了一些具有較高抗幹擾性的新技術、新產品。其中空氣採樣分析系統和線性光纖感溫探測系統都是具有較高抗幹擾性的新技術產品。這些新技術能有效地抗粉塵、抗電磁、抗高速氣流幹擾。


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