Система раннього виявлення лісових пожеж. Надраннє виявлення пожежі. Міфи, з якими доводиться жити Виявлення пожежі на ранній стадії важлива

У Російської Федераціїщодня відбувається близько 700 пожеж, на яких гине понад 50 людей. Тому збереження життя людей залишається одним із найважливіших завдань усіх систем безпеки. У Останнім часомдедалі більше обговорюється тема раннього виявленняпожежі.

Розробники сучасної протипожежної техніки змагаються у підвищенні чутливості пожежних сповіщувачів до основних ознак пожежі: тепла, оптичного випромінювання від полум'я та концентрації диму. У цьому напрямі проводиться величезна робота, але всі пожежні сповіщувачі спрацьовують, коли хоча б невелика пожежа вже виникла. І мало хто обговорює тему виявлення можливих ознакпожежі. Однак, прилади, які можуть реєструвати не пожежу, а лише загрозу або ймовірність появи пожежі, вже розроблені. Це – газові пожежні сповіщувачі.

Порівняльний аналіз

Відомо, що пожежа може виникнути як від раптової аварійної ситуації (вибух, коротке замикання), так і при поступовому накопиченні небезпечних факторів: скупченні горючих газів, пари, перегрівання речовини вище точки загоряння, тління ізоляції проводів електрокабелів від навантаження, гниття та розігріву зерна т.п.

На рис. 1 представлений графік типової реакції газового пожежного сповіщувача на пожежу, що починається з сигарети, що горить, що впала на матрац. З графіка видно, що газовий сповіщувач реагує монооксид вуглецю через 60 хв. після попадання сигарети, що горить, на матрац, у цьому ж випадку фотоелектричний димовий сповіщувач реагує через 190 хв., Іонізаційний димовий – через 210 хв., що значно збільшує час для ухвалення рішення про евакуацію людей і ліквідацію вогнища пожежі.

Якщо фіксувати комплекс параметрів, який може призвести до початку пожежі, можна (не чекаючи появи полум'я, диму) змінити обстановку і уникнути пожежі (аварії). При ранньому отриманні сигналу від газового пожежного сповіщувача обслуговуючий персоналвстигне вжити заходів для ослаблення чи усунення чинника загрози. Наприклад, це може бути провітрювання приміщення від горючих парів та газів, при перегріві ізоляції – вимикання живлення кабелю та перехід на використання резервної лінії, при короткому замиканні на електронній платіобчислювальних та керованих машин – гасіння локальної пожежі та видалення несправного блоку. Таким чином, саме людина ухвалює остаточне рішення: викликати пожежну охорону або усувати аварію самотужки.

Види газових сповіщувачів

Усі газові пожежні сповіщувачі розрізняються на кшталт сенсора:
- металооксидні,
- термохімічні,
- Напівпровідникові.

Металооксидні сенсори

Виготовляються металооксидні сенсори на основі товстоплівкової мікроелектронної технології. Як підкладка використовується полікристалічний окис алюмінію, на який з двох сторін наносяться нагрівач і металооксидний газочутливий шар (рис. 2). Чутливий елемент поміщений у корпус, захищений проникною для газу оболонкою, що задовольняє всім вимогам вибухонебезпечності.

Металооксидні сенсори призначені для визначення концентрацій горючих газів (метан, пропан, бутан, водень і т.д.) у повітрі в інтервалі концентрацій від тисячних до одиниць відсотків та токсичних газів (СО, арсин, фосфін, сірководень тощо) рівні гранично допустимих концентрацій, а також для одночасного та селективного визначення концентрацій кисню та водню в інертних газах, наприклад, у ракетній техніці. Крім того, вони мають рекордно низьку для свого класу електричну потужність, необхідну для нагріву (менше 150 мВт), і можуть застосовуватися в сигналізаторах витоку газів та системах проти пожежної сигналізаціїяк стаціонарних, так і носимих.

Термохімічні газосигналізатори

Серед методів, що застосовуються для визначення концентрації в атмосферному повітрігорючих газів чи парів горючих рідин, використовується термохімічний метод. Його сутність полягає у вимірі теплового ефекту (додаткового підвищення температури) від реакції окислення горючих газів і парів на каталітично активному елементі датчика та подальшому перетворенні отриманого сигналу. Датчик сигналізатора, використовуючи цей тепловий ефект, формує електричний сигнал, пропорційний концентрації горючих газів та пари з різними коефіцієнтами пропорційності для різних речовин.

При горінні різних газіві пари термохімічний датчик видає сигнали, різні за величиною. Одинаковим рівням (% НКПР) різних газів і парів у повітряних сумішах відповідають нерівні вихідні сигнали датчика.

Термохімічний датчик не вибірковий. Його сигнал характеризує рівень вибухонебезпечності, що визначається сумарним вмістом горючих газів та пари в повітряній суміші.

У разі контролю сукупності компонентів, у якій вміст окремих, заздалегідь відомих горючих компонентів, коливається від нуля до якоїсь концентрації, може призвести до похибки контролю. Така похибка існує і за нормальних умов. Цей фактор необхідно враховувати для завдання меж діапазону сигнальних концентрацій і допуском на їх зміну - межею основної абсолютної похибкиспрацьовування. Межі вимірювання сигналізатора – це найменше та найбільше значенняконцентрації визначається компонента, у межах яких сигналізатор здійснює вимірювання з похибкою, не перевищує задану.

Опис вимірювальної схеми

Вимірювальна схема термохімічного перетворювача є мостовою схемою (див. рис. 2). Чутливий В1 і компенсуючий елементи В2, розташовані в датчику, включені в мостову схему. Друга гілка моста - резистори R3-R5 знаходяться в блоці сигналізації відповідного каналу. Міст балансується резистором R5.

При каталітичному горінні повітряної суміші горючих газів та пари на чутливому елементі В1 відбувається виділення тепла, збільшення температури та, отже, збільшення опору чутливого елемента. На компенсуючому елементі горіння В2 не відбувається. Опір компенсуючого елемента змінюється за його старіння, зміні струму живлення, температури, швидкості руху контрольованої суміші і т.п. Ці фактори діють і на чутливий елемент, що значно зменшує викликаний ними розбаланс моста (дрейф нуля) і похибка контролю.

При стабільному живленні моста, стабільній температурі та швидкості контрольованої суміші розбаланс моста зі значним ступенем точності є результатом зміни опору чутливого елемента.

У кожному каналі пристрій живлення моста датчика забезпечує постійну регулюванням струму оптимальну температуруелементів. Як датчик температури, як правило, використовується сам же чутливий елемент В1. Сигнал розбалансу моста знімається з діагоналі ab мосту.

Напівпровідникові газові сенсори

Принцип дії напівпровідникових газових сенсорів заснований на зміні електропровідності напівпровідникового газочутливого шару при адсорбції хімічної газів на його поверхні. Цей принцип дозволяє ефективно використовувати їх у приладах пожежної сигналізації як альтернативні пристрої традиційним оптичним, тепловим та димовим сигналізаторам (повідомникам), у тому числі радіоактивний плутоній. А високу чутливість (для водню від 0,00001% об'ємного), селективність, швидкодію та дешевизну напівпровідникових газових сенсорів слід розглядати як основну їхню перевагу перед іншими типами пожежних сповіщувачів. Фізико-хімічні принципи детектування сигналів, що використовуються в них, поєднуються з сучасними мікроелектронними технологіями, що обумовлює низьку вартість виробів при масовому виробництві і високі технічні характеристики.

Напівпровідникові газочутливі сенсори – це високотехнологічні елементи з низьким енергоспоживанням (від 20 до 200 мВт), високою чутливістю та збільшеною швидкодією до часток секунд. Металооксидні та термохімічні сенсори є надто дорогими для такого використання. Впровадження у виробництво газових пожежних сповіщувачів на основі напівпровідникових хімічних сенсорів, що виготовляються за груповою технологією, дозволяє значно знизити вартість газових сповіщувачів, що є важливим для масового застосування.

Нормативні вимоги

p align="justify"> Нормативні документи на газові пожежні сповіщувачі ще не розроблені повною мірою. Наявні відомчі вимоги РД БТ 39-0147171-003-88 поширюються на об'єкти нафтової та газової промисловості. У НПБ 88-01 щодо розміщення газових пожежних сповіщувачів сказано, що їх слід встановлювати у приміщеннях на стелі, стінах та інших будівельних конструкціяхбудівель та споруд відповідно до інструкції з експлуатації та рекомендацій спеціалізованих організацій.

Однак у будь-якому випадку, для того щоб точно розрахувати кількість газових сповіщувачів і правильно провести їх встановлення на об'єкті, необхідно знати:
- параметр, за яким контролюється безпека (тип газу, що виділяється та свідчить про небезпеку, наприклад CO, CH4, H2 тощо);
- Об'єм приміщення;
- Призначення приміщення;
- Наявність систем вентиляції, підпору повітря і т.д.

Резюме

Газові пожежні сповіщувачі – це прилади наступного покоління, тому вони ще вимагають від вітчизняних і зарубіжних компаній, які займаються протипожежними системами, нових науково-дослідних вишукувань щодо розробки теорії газовиділення та розповсюдження газів у приміщеннях різних за призначенням та експлуатації, а також проведення практичних експериментів для розробки рекомендацій щодо раціонального розміщення таких сповіщувачів.

На жаль, у нас далеко не всі так само розуміють ті переваги, які дають адресно-аналогові системи, а деякі взагалі зводять їх переваги до "турботи про курців". Тому давайте так само раз подивимося, що ж нам дають адресно-аналогові системи.

Важливо не лише вчасно виявити, а й вчасно попередити

Нагадаю, що розрізняють три класи систем пожежної сигналізації: неадресні, адресні, адресно-аналогові.

У неадресних та адресних системах "рішення про пожежу" приймається безпосередньо самим сповіщувачем і потім передається на приймально-контрольний прилад.

Адресно-аналогові системи є за своєю суттю телеметричними системами. На приймально-контрольний прилад передається значення параметра, що контролюється сповіщувачем (температура, задимленість у приміщенні). Приймальний контроль постійно відстежує стан довкілляу всіх приміщеннях будівлі та на підставі цих даних приймає рішення не лише про формування сигналу "Пожежа", а й сигналу "Попередження". Особливо наголосимо, що "рішення" приймає не сповіщувач, а приймально-контрольний прилад. Теорія свідчить, що й побудувати графік інтенсивності пожежі залежно від часу, він матиме вигляд типу параболи (рис. 1). на початковому етапірозвитку пожежі його інтенсивність невелика, потім вона зростає і далі настає лавиноподібний цикл. Якщо кинути непогашений недопалок у кошик з паперами, спочатку спостерігатиметься їх тління з виділенням диму, потім з'явиться полум'я, воно перекинеться на меблі і далі почнеться інтенсивний розвиток пожежі, з якою впоратися вже непросто.

Виходить, що якщо спалах виявлено на ранній стадії, його легко ліквідувати за допомогою склянки води або звичайного вогнегасника і збиток від нього буде мінімальним. Саме це дозволяють зробити адресно-аналогові системи. Якщо, наприклад, неадресний (або адресний) тепловий сповіщувач забезпечує формування сигналу "Пожежа" при температурі 60 ° С, то до досягнення цього значення черговий не бачить на приймальному приладі ніякої інформації про те, що відбувається в приміщенні. А все-таки це передбачає вже значне вогнище пожежі. Аналогічна ситуація спостерігається і з димовими сповіщувачами, де має бути досягнутий необхідний рівень задимленості.

Адресне не означає адресно-аналогове

Адресно-аналогові системи, постійно контролюючи стан середовища в приміщенні, негайно виявляють зміну температури або задимленості, що почалася, і видають черговому попереджувальний сигнал. Тому адресно-аналогові системи забезпечують раннє виявлення пожежі. Це означає, що пожежу легко ліквідувати з мінімальними збитками для будівлі.

Підкреслимо, що "вододіл" знаходиться не м. неадресними системами, з одного боку, і адресними та адресно-аналоговими - з іншого, а м. адресно-аналоговими та іншими системами.

У реальних адресно-аналогових приладах є принцип. можливість індивідуально ставити не лише рівні формування сигналів "Пожежа" та "Попередження" для кожного сповіщувача, але й визначати їх логіку спільної праці. Іншими словами, ми отримуємо в руки інструмент, що дозволяє оптимально формувати систему раннього виявлення пожежі для кожного об'єкта з урахуванням його індивідуальних особливостей, тобто. ми маємо принцип. можливість оптимально будувати систему пожежної безпеки об'єкту.

Попутно вирішується так само ряд важливих завданьнаприклад контроль працездатності сповіщувачів. Так, в адресно-аналоговій системі в принципі не може бути несправного сповіщувача, не виявленого приймально-контрольним приладом, оскільки весь час сповіщувач має передавати певний сигнал. Якщо до цього додати потужну самодіагностику самих сповіщувачів, автоматичну компенсацію запиленості та виявлення запилених димових сповіщувачів, то стає очевидним, що ці фактори лише підвищують ефективність адресно-аналогових систем.

Основні особливості

Важливим компонентом адресно-аналогових приладів є побудова сигналізації шлейфів. протокол роботи шлейфу є ноухау фірми та становить комерційну таємницю. Водночас саме він багато в чому визначає характеристики системи. вивчимо найбільше характерні особливостіадресно-аналогових систем.

Число сповіщувачів у шлейфі

Зазвичай воно становить від 99 до 128 та обмежено енергетичними можливостями організації харчування сповіщувачів. У ранніх моделях адресація сповіщувачів здійснювалася за допомогою механічних перемикачів, у пізніших моделях перемикачі відсутні, а адреса заноситься в незалежну пам'ять датчика.

Кільцевий шлейф сигналізації

У принципі, більшість адресно-аналогових приладів здатні працювати і з радіальним шлейфом. але є можливість "втратити" велика кількістьсповіщувачів через обрив шлейфу. Тому кільцевий шлейф – засіб підвищення живучості системи. При його обриві прилад формує відповідне повідомлення, але забезпечує роботу з кожним півкільцем, зберігаючи цим працездатність всіх сповіщувачів.

Пристрої локалізації коротких замикань

Це також засіб підвищення "живучості" системи. Зазвичай дані пристрої встановлюються через 20-30 сповіщувачів. При короткому замиканні в шлейфі струм у ньому зростає, що фіксується двома пристроями локалізації, і несправна ділянка відключається. з ладу виходить лише сегмент шлейфу м. двома пристроями локалізації коротких замикань, а решта його залишається працездатною за рахунок кільцевої організації підключення.

У сучасних системахвбудований пристрій локалізації коротких замикань оснащений кожен сповіщувач або модуль. При цьому, за рахунок суттєвого зниження цін на електронні компоненти, вартість датчиків фактично не збільшилася. Такі системи практично не страждають від коротких замикань шлейфів.

Стандартний набір сповіщувачів

Він, включає димовий оптоелектронний, тепловий максимальної температури, тепловий максимально-диференціальний, комбінований (димовий плюс тепловий) та ручний сповіщувачі. Цих сповіщувачів зазвичай достатньо, щоб захистити основні види приміщень у будівлі. Деякі виробники додатково пропонують досить екзотичні види датчиків, наприклад, адресно-аналоговий лінійний сповіщувач, оптичний димовий сповіщувач для приміщень з високим рівнем забруднення, оптичний димовий сповіщувач для вибухонебезпечних приміщень та ін. Все це розширює сферу застосування адресно-аналогових систем.

Модулі контролю неадресного підшлейфу

Вони дозволяють використовувати неадресні сповіщувачі. Це скорочує вартість системи, але при цьому, природно, властивості, властиві адресно-аналогової апаратури, губляться. У ряді випадків такі модулі можуть успішно використовуватися для підключення звичайних лінійних димових сповіщувачів або створення вибухобезпечних шлейфів.

Модулі управління та контролю

Вони включаються безпосередньо у шлейфи сигналізації. Зазвичай число модулів відповідає числу сповіщувачів у шлейфі, які адресне поле є додатковим і накладається на адреси сповіщувачів. У деяких системах адресне поле сповіщувачів та модулів є спільним.

Загальна кількість підключених модулів може становити кілька сотень. Саме ця властивість дозволяє на базі адресно-аналогової системи пожежної сигналізації УПС здійснити інтеграцію систем автоматичного пожежного захисту будівлі (рис. 2).

При інтеграції здійснюється управління виконавчими пристроями та їх спрацьовування. Кількість точок контролю та управління якраз і становить кілька сотень.

Розгалужена логіка формування керуючих сигналів

Це неодмінний атрибут адресно-аналогових приймально-контрольних приладів. Саме потужні логічні функції забезпечують побудову єдиної системи автоматичного пожежного захисту будівлі. Серед цих функцій і логіка формування сигналу "Пожежа" (наприклад, по двох сповіщувачів, що спрацювали в групі), і логіка включення модуля управління (наприклад, при кожному сигналі "Пожежа" в системі або при сигналі "Пожежа" в цій групі), і принцип . можливість завдання часових параметрів (наприклад, при сигналі "Пожежа" увімкнути через час Т1 модуль керування М на час Т2). Все це дозволяє ефективно будувати на базі стандартних елементівнавіть потужні комплекси газового пожежогасіння.

І не лише раннє виявлення

Сам принцип побудови адресно-аналогових систем дозволяє окрім раннього виявлення пожежі отримати так само низку унікальних якостей, наприклад, підвищення стійкості до перешкод системи. Пояснимо це з прикладу.

На рис. 3 представлені кілька послідовних циклів опитування (n) приладом теплового адресно-аналогового сповіщувача. Для простоти розуміння по осі ординат відкладемо не тривалість сигналу від сповіщувача, а одразу відповідне значення температури. Нехай на циклі опитування 4 пройшов хибний сигнал від сповіщувача або спотворення тривалості відповіді сповіщувача під впливом електромагнітних перешкод, що сприйняте приладом значення відповідає температурі 80 °С. по хибному сигналу, що прийшов приладом повинен бути сформований сигнал "Пожежа", тобто. відбудеться помилкове спрацювання апаратури.

В адресно-аналогових системах цього можна уникнути з допомогою запровадження алгоритму усереднення. Наприклад введемо усереднення за трьома послідовними відліками. значення параметра для "ухвалення рішення" про пожежу буде сумою значень за трьома циклами, поділеною на 3:

• для циклів 1, 2, 3 Т = 60: 3 = 20 ° С - нижче порога;
• для циклів 2, 3, 4 Т = 120: 3 = 40 ° С - нижче порога;
• для циклів 3, 4, 5 Т = 120: 3 = 40 ° С - нижче порога.

Тобто при неправильному відліку сигнал "Пожежа" не сформований. При цьому хочеться звернути особливу увагу на те, що оскільки рішення приймає приймально-контрольний прилад, ніякі перескидання і перезапити сповіщувачів не потрібні.

Зауважимо, що якщо сигнал, що прийшов, не є хибним, значить на циклах 4 і 5 значення параметра відповідає 80 °С, то при даному усередненні сигнал буде сформований, так як Т=180:3=60 °С, значить відповідає поріг формування сигналу "Пожежа" ".

Що зрештою?

Отже, ми переконалися, що завдяки своїм унікальним властивостямадресноаналогові системи є ефективним засобомзабезпечення пожежної безпеки об'єктів Число сповіщувачів у таких системах може становити кілька десятків тисяч, що достатньо для найграндіозніших проектів.

Ринок адресно-аналогових систем там за останні кілька років має стійку тенденцію до зростання. Частка адресно-аналогових систем у загальному обсязі виробництва впевнено перевищила 60%, масовий випуск адресно-аналогових сповіщувачів призвів до зниження їх вартості, що стало додатковим стимулом до розширення ринку.

На жаль, у нас частка адресно-аналогових систем складає за оцінками від 5 до 10%. Відсутність системи страхування та чинні нормативи не сприяють впровадженню якісної апаратури і часто застосовується найбільш дешева техніка. Тим не менш, певні зрушення вже намітилися, і здається, що ми стоїмо на порозі кардинальної зміни ринку. Тільки за Останніми рокамиЦіна оптичного димового адресно-аналогового сповіщувача у Росії зменшилася приблизно 2 разу, що робить їх доступнішими. Без адресно-аналогових систем неможливе забезпечення безпеки висотних будівель, багатофункціональних комплексів та інших категорій об'єктів.

Системи протидимного захисту будівель: проблеми проектування
З рахунків списувати рано

В даний час більшість методів виявлення лісових пожеж пов'язані з особистою присутністю рятувальників: патрулюванням, спостереженням з вишок і гелікоптерів, а також із застосуванням космічних даних. Всі вживані заходи, безумовно, ефективні за відсутності аномальної спеки. Але, в період посухи, коли пожежі охоплюють одночасно величезні території в різних куточках країни, гостро постає питання про більш досконалих системахспостереження та раннього попередженнялісових пожеж.

Система "Forest fire detection"

Інноваційні розробки в цьому напрямку дозволили створити унікальну систему «Forest fire detection». На відміну від усіх існуючих способів боротьби з пожежами, ця система працює автоматизовано, практично без людської участі, сповіщаючи оператора на ранніх стадіях виявлення вогню.

«Forest fire detection» є масштабною системою датчиків, що дозволяють:

• Вести безперервне відеоспостереження.
• Виявляти на ранніх стадіях дим.
• Автоматично сповіщати рятувальні служби.
• Прогнозувати масштаби розвитку осередку займання.
• Розраховувати кількість сил, спрямованих на ліквідацію пожежі.

Устаткування оснащене автономною системоюхарчування та має високий ступінь захисту від різних погодних умов та форс-мажорних обставин. А це означає, що система не вийде з ладу під час грози і дозволить виявити вогнища, вражені блискавкою.

Як придбати систему

Компанія «Ксорекс-Сервіс», що представляє технологію "Forest fire detection"на білоруському ринку зарекомендувала себе як надійний партнер у сфері IT-технологій. Все обладнання, що просувається компанією, проходить обов'язкову сертифікацію та відрізняється відмінною якістю.

Робота над кожним замовленням ведеться в індивідуальному порядку:

1. На початковому етапі висококваліфіковані фахівці проведуть оцінку місцевості, врахують усі особливості рельєфу, наявність інфраструктури та навіть погодні умовитериторії, що надається.
2. На другому етапі будуть здійснені всі роботи з встановлення та налаштування обладнання, з урахуванням усіх індивідуальних особливостей, виявлених раніше.
3. Після підготовки фахівці компанії навчать роботі з системою персонал вашої організації і забезпечать постійну підтримку зі свого боку. Такими є гарантії сервісного обслуговування!

Привабливо і те, що ви самі, на власні очі, можете переконатися в ефективності "Forest fire detection"випробувавши нашу систему. Вас обов'язково порадує команда професіоналів та вартість обслуговування системи. А своєчасне прогнозування страшного стихійного лихадопоможе уникнути безлічі незворотних наслідків лісових пожеж.

Ця система призначена для виявлення початковій стадіїпожежі, передачі повідомлення про місце та час його виникнення та за необхідності включення автоматичних систем пожежогасіння та димовидалення.

Ефективною системоюоповіщення пожежної небезпекиє застосування систем сигналізації.

Система пожежної сигналізації має:

Швидко виявити місце виникнення пожежі;

Надійно передавати сигнал про пожежу на приймально-контрольний пристрій;

Перетворювати сигнал про пожежу у форму, зручну для сприйняття персоналом об'єкта, що охороняється;

Залишатися несприйнятливою до впливу зовнішніх факторів, що відрізняються від факторів пожежі;

Швидко виявляти та передавати повідомлення про несправності, що перешкоджають нормальному функціонуваннюсистеми.

Засобами протипожежної автоматики обладнають виробничі будівлі категорій А, Б та В, а також об'єкти державної ваги.

Система пожежної сигналізації складається з пожежних сповіщувачів та перетворювачів, що перетворюють фактори появи пожежі (тепло, світло, дим) на електричний сигнал; премно- контрольної станції, що передає сигнал і включає світлову та звукову сигналізацію; а також автоматичні установки пожежогасіння та димовидалення.

Виявлення пожеж на ранній стадії полегшує їхнє гасіння, що багато в чому залежить від чутливості датчиків.

Сповіщувачі, або датчики, можуть бути різних типів:

- тепловий пожежний сповіщувач– автоматичний сповіщувач, який реагує на певне значення температури та (або) швидкість її наростання;

- димовий пожежний сповіщувач- Автоматичний пожежний сповіщувач, який реагує на аерозольні продукти горіння;

- радіоізотопний пожежний сповіщувач – димовий пожежний сповіщувач, який спрацьовує внаслідок впливу продуктів горіння на іонізований потік робочої камери сповіщувача;

- оптичний пожежний сповіщувач– димовий пожежний сповіщувач, який спрацьовує внаслідок впливу продуктів горіння на поглинання чи розповсюдження електромагнітного випромінювання сповіщувача;

- пожежний сповіщувач полум'я– реагує на електромагнітне випромінювання полум'я;

- комбінований пожежний сповіщувач– реагує на два (або більше) фактори пожежі.

Теплові сповіщувачі поділяються на максимальні, які спрацьовують при підвищенні температури повітря або об'єкта, що охороняється до величини, на яку вони відрегульовані, і на диференціальні, які спрацьовують за певної швидкості наростання температури. Диференціальні термосповіщувачі можуть працювати також у режимі максимальних.

Максимальні термосповіщувачі характеризуються гарною стабільністю, не дають хибних тривог і мають відносно низьку вартість. Однак вони малочутливі і навіть при розміщенні на невеликій відстані від місць можливих загорянь спрацьовують із значним запізненням. Теплові сповіщувачі диференціального типу більш чутливі, проте їхня вартість висока. Всі теплові сповіщувачі повинні розміщуватися безпосередньо в робочих зонах, тому вони схильні до частих механічних пошкоджень.

Мал. 4.4.6. Принципова схемасповіщувача ПТІМ-1: 1 - датчик; 2 – змінний опір; 3 – тиратрон; 4 – додатковий опір.

Оптичні сповіщувачі поділяються на дві групи : ІЧ - індикатори прямого бачення, які мають «бачити» пожежу, та фотоелектричні димові. Чутливі елементи індикаторів прямого бачення не мають практичного значенняОскільки вони, як і теплові сповіщувачі, повинні розташовуватися в безпосередній близькості від потенційних вогнищ загоряння.

Фотоелектричні димові сповіщувачіспрацьовують при ослабленні світлового потокуу підсвічуваному фотоелементі внаслідок задимлення повітря. Сповіщувачі цього можуть бути встановлені на відстані кількох десятків метрів від можливого вогнища пожежі. Пилові частинки, зважені в повітрі, можуть призвести до помилкових спрацьовувань сповіщувачів. Крім того, чутливість приладу помітно знижується в міру осадження найтоншого пилу, тому сповіщувачі потрібно регулярно оглядати та очищати.

Іонізаційні димові сповіщувачідля надійної роботи необхідно не рідше ніж раз на два тижні піддавати ретельному огляду та перевірці, своєчасно видаляти відкладення пилу та регулювати чутливість. Газові детектори спрацьовують з появою газу або збільшення його концентрації.

Димові сповіщувачірозраховані виявлення продуктів згоряння повітря. У пристрої є іонізаційна камера. І при попаданні в неї диму від пожежі іонізаційний струм зменшується, і сповіщувач вмикається. Час спрацьовування димового сповіщувача при попаданні диму не перевищує 5 секунд. Світлові сповіщувачі влаштовані за принципом дії ультрафіолетового випромінюванняполум'я.

Вибір типу сповіщувача автоматичної пожежної сигналізації та місця встановлення залежить від специфіки технологічного процесу, виду горючих матеріалів, способів їх зберігання, площі приміщення тощо.

Теплові сповіщувачі можуть бути використані для контролю приміщень з розрахунку один сповіщувач на 10 - 25 м2 підлоги. Димовий сповіщувач з іонізаційною камерою здатний (залежно від місця встановлення) обслуговувати площу 30 – 100м2. Світловими сповіщувачами можна контролювати площу близько 400 - 600м2. Автоматичні сповіщувачі в основному встановлюють на потоці або підвішують на висоті 6 - 10м від рівня підлоги. Розробка алгоритму та функцій системи пожежної сигналізації виконується з урахуванням пожежної небезпеки об'єкта та архітектурно-планувальних особливостей. У даний часзастосовують наступні установкипожежної сигналізації: ТОЛ-10/100, АПСТ-1, СТПУ-1, СДПУ-1, СКПУ-1 та ін.

Мал. 4.5.7. Схема автоматичного димового сповіщувача АДІ-1: 1,3 – опору; 2 – електрична лампа; 4 – іонізаційна камера; 5 - схема включення в електричну мережу

(Світлові, теплові, димові) здатні тільки на повідомлення: «Горимо! Час гасити вогнище займання!» Але іншого й бути не може, оскільки робота їх датчиків ґрунтується на таких фізичних принципах, як детектування світла, тепловиділення чи задимленості. Отримати повідомлення «Увага! Тут можливе займання!» можна тільки встановивши постійний контроль газодинамічного складу повітряного середовищаприміщень. Такий контроль дозволить вжити адекватних заходів щодо запобігання пожежі та її ліквідації в зародку. Цим і цікавий розроблений фахівцями НВП «Гамма» спосіб раннього виявлення пожежі з використанням напівпровідникових хімічних сенсорів, який був відзначений дипломами та золотими медалями на міжнародних виставках«Брюссель-Еврика 2000» та «Женева 2001».

Так, достовірний спосіб попередження пожежі на ранній стадії, що передує загорянню, це контроль хімічного складуповітря, яке різко змінюється через термічного розкладання перегрітих або початківців тліти горючих матеріалів. На цій стадії ще ефективніші превентивні заходи. Наприклад, у разі перегріву електроприладів (праски або електрокаміна) вони можуть бути вчасно автоматично відключені за сигналом газового датчика.

Склад газів, що виділяються при горінні

Ряд газів, що виділяються на початковій стадії горіння (тління), визначаються складом саме тих матеріалів, що беруть участь у цьому процесі. Однак у більшості випадків можна впевнено виділити основні характерні газові компоненти. Подібні дослідження проводились в Інституті пожежної безпеки (м.Балашиха Московської обл.) із використанням стандартної камери об'ємом 60 м3 для імітації пожежі. Склад газів, що виділяються при горінні, визначався за допомогою хроматографії. Експерименти дали такі результати.

Водень (Н 2) — основний компонент газів, що виділяються на стадії тління в результаті піролізу матеріалів, що використовуються в будівництві, таких як деревина, текстиль, синтетичні матеріали. На початковій стадії пожежі в процесі тління концентрація водню становить 0,001-0,002%. Надалі відбувається зростання вмісту ароматичних вуглеводнів на тлі присутності недоокисленого вуглецю – оксиду вуглецю (СО) – 0,002-0,008%. При появі полум'я зростає концентрація діоксиду вуглецю (СО 2) до рівня 0,1%, що відповідає згорянню 40-50 г деревини або паперу закритому приміщенніоб'ємом 60 м 3 і еквівалентно 10 викурених сигарет. Такий рівень СО2 досягається також у результаті присутності у приміщенні двох осіб протягом 1 год.

Експерименти показали, що поріг виявлення системи раннього попередження пожежі в атмосферному повітрі за нормальних умов повинен знаходитись для більшості газів, у тому числі водню та оксиду вуглецю, на рівні 0,002%. Бажано, щоб швидкодія системи була не гірша за 10 с. Такий висновок можна розглядати як основний для розробок цілого ряду запобіжних пожежних газових сигналізаторів.

Існуючі засоби газоаналізу екологічної спрямованості (у тому числі на електрохімічних, термокаталітичних та інших сенсорах) надто дорогі для такого використання. Використання пожежних сповіщувачів на основі напівпровідникових хімічних сенсорів, що виготовляються за груповою технологією, дозволить різко знизити вартість газових сенсорів.

Напівпровідникові газові датчики

Принцип дії напівпровідникових газових сенсорів заснований на зміні електропровідності напівпровідникового газочутливого шару при адсорбції хімічної газів на його поверхні. Ця обставина дозволяє ефективно використовувати їх у приладах пожежної сигналізації як альтернативні пристрої традиційним оптичним, тепловим та димовим сигналізаторам, у тому числі радіоактивний плутоній. А високу чутливість (для водню - від 0,000001%!), Селективність, швидкодія та дешевизну напівпровідникових газових датчиків слід розглядати як основні їх переваги перед іншими типами пожежних сповіщувачів. Фізико-хімічні принципи детектування сигналів, що використовуються в них, поєднуються з сучасними мікроелектронними технологіями, що обумовлює низьку вартість виробів при масовому виробництві і високі технічні та енергозберігаючі характеристики.

Для того щоб фізико-хімічні процеси протікали на поверхні чутливого шару досить швидко, забезпечуючи швидкодію на рівні декількох секунд, сенсор періодично розігрівається до температури 450-500°С, що активізує його поверхню. Як чутливі напівпровідникові шари зазвичай використовують дрібнодисперсні оксиди металів (SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 та ін.) з легуючими добавками Pl, Pd та ін. близько 30 м 2 /р. Нагрівачем служить резистивний шар, виконаний з інертних матеріалів (Pl, RuO 2 , Au та ін) та електрично ізольований від напівпровідникового шару.

При простоті такі методи формування сконцентрували в собі всі останні досягнення матеріалознавства і мікроелектронної технології. Це зумовило високу конкурентоспроможність сенсора, який може працювати кілька років, періодично перебуваючи в стресовому стані при розігріві до 500°С, зберігає при цьому високі експлуатаційні характеристики, чутливість, стабільність, селективність і споживає низьку потужність (в середньому кілька десятків міліватів). Промислове виробництво напівпровідникових сенсорів широко розвинене у всьому світі, але основна частка світового ринку посідає японські компанії. Визнаний лідер у цій галузі – фірма Figaro з річним обсягом виробництва сенсорів близько 5 млн. шт. та масштабним виробництвом приладів на їх основі, включаючи елементну базу та схемотехнічні рішення з програмованими пристроями.

Однак ряд особливостей виробництва напівпровідникових сенсорів ускладнює його сумісність із традиційною кремнієвою технологією в рамках замкнутого циклу. Пояснюється це тим, що сенсори — не такий масовий виріб, як мікросхеми, і мають більший розкид параметрів через специфіку умов роботи (часто в агресивному середовищі). Їх виробництво потребує дуже специфічного ноу-хау у сфері фізичної хімії, матеріалознавства тощо. Тому успіх тут супроводжує великі спеціалізовані фірми (наприклад, Microchemical Instrument — європейська філія Motorola), які не поспішають ділитися своїми розробками в області високих технологій. На жаль, у Росії та СНД ця галузь ніколи не була добре розвинена, незважаючи на достатню кількість дослідницьких груп — РНЦ «Курчатовський інститут», МДУ, ЛДУ, Воронезький державний університет, ІОНХ РАН, НІФХІ ім. Карпова, Саратовський університет, Новгородський університет тощо.

Вітчизняні розробки напівпровідникових сенсорів

Найбільш розвинуту технологію виробництва напівпровідникових сенсорів запропоновано в РНЦ «Курчатівський інститут». Тут розроблені малогабаритні напівпровідникові рецептори для аналізу хімічного складу газів та рідин. Вони виготовляються за мікроелектронною технологією і поєднують у собі переваги мікроелектронних пристроїв - низьку вартість при масовому виробництві, мініатюрність, низьку споживану потужність - з можливістю вимірювання концентрації газів і рідин в широких межах і досить високою точністю. Розроблені прилади поділяються на дві групи: металооксидні та структурні напівпровідникові сенсори.

Металооксидні рецептори.Виготовляються за товстоплівковою технологією. Як підкладка в них використаний полікристалічний оксид алюмінію, на який з двох сторін нанесені нагрівач і металооксидний газочутливий шар. Чутливий елемент поміщений у газопроникний корпус, що відповідає вимогам вибухопожежобезпеки.

Сенсори здатні визначати концентрацію горючих газів (метану, пропану, бутану, водню і т.д.) у повітрі в інтервалі від 0,001% до одиниць відсотків, а також токсичних газів (чадного газу, арсину, фосфіну, сірководню тощо) на рівні гранично допустимої концентрації (ГДК). Вони можуть бути використані для одночасного і селективного визначення концентрації кисню і водню в інертних газах, наприклад для ракетної техніки. Для нагрівання ці прилади вимагають рекордно низьку для свого класу електричну потужність менше 150 мВт. Металооксидні сенсори призначені для застосування в сигналізаторах витоку газів та системах пожежної сигналізації (як стаціонарних, так і кишенькових).

Структурні напівпровідникові рецептори.Це сенсори на основі кремнієвих структур метал-діелектрик-напівпровідник (МДП), метал-твердий електроліт-напівпровідник та діоди Шотки.

МДП-структури із затвором з паладію або платини використовуються для визначення концентрації водню у повітрі чи інертних газах. Поріг виявлення водню – близько 0,00001%. Сенсори успішно застосовувалися визначення концентрації водню в теплоносії ядерних реакторівз метою підтримки їхньої безпеки. Структури з твердим електролітом (трифторид лантану, що проводить по іонах фтору) призначені для визначення концентрації фтору та фторидів (насамперед фтористого водню) у повітрі. Працюють при кімнатній температурі, дозволяють визначати концентрацію фтору та фтористого водню на рівні 0,000003%, що становить приблизно 0,1 ГДК. Вимірювання витоків фтористого водню особливо важливо для визначення екологічної обстановки в регіонах великим виробництвомалюмінію, полімерів, ядерного палива.

Подібні структури, виконані на основі карбіду кремнію і працюють при температурі близько 500 °С, можуть використовуватися для вимірювання концентрації фреонів.

Індикатор оксиду вуглецю та водню СО-12

Зазначений на міжнародних виставках спосіб раннього виявлення пожежі забезпечує одночасний контроль відносних концентрацій повітря двох або більше газів, таких як ароматичні вуглеводні, водень, оксид і діоксид вуглецю. Отримані значення порівнюються із заданими, і у разі їхнього збігу формується сигнал тривоги. Контроль та порівняння відносних концентрацій газових компонентів проводяться із заданою періодичністю. Можливість помилкових спрацьовувань вимірювального пристрою при підвищенні концентрації одного з газів виключена, якщо немає займання.

Як вимірювальний пристрій запропонований індикатор СО-12, призначений для виявлення в повітряній атмосфері газоподібного оксиду вуглецю та водню в діапазоні їх концентрацій від 0,001 до 0,01%. Прилад є дев'ятирівневим пропорційним індикатором у вигляді лінійки світлодіодів трьох кольорів — зеленого (діапазон малих концентрацій), жовтого (середній рівень) і червоного ( високий рівень). Кожному діапазону відповідають три світлодіоди. При загорянні червоних світлодіодів включається звуковий сигнал, що застерігає людей про небезпеку отруєння.

Принцип роботи індикатора заснований на реєстрації зміни опору (R) напівпровідникового чутливого сенсора, температура якого стабілізується на рівні 120 °С в процесі вимірювань.

При цьому нагрівальний елемент включений у зворотний зв'язок операційного підсилювача - терморегулятора - і періодично кожні 6 с відпалюється протягом 0,5 с при температурі 450 °С. Далі слідує ізотермічна релаксація опору R при взаємодії з чадним газом. Вимірювання R здійснюється перед наступним відпалом (рис. 3, точка C, далі слід відпал - О). Процесом вимірювання та виведенням на індикатор даних керує програмований пристрій.

Його основні технічні характеристики:

Індикатор можна ефективно використовувати як пожежний сигнального пристроюяк у житлових приміщеннях, так і на промислових об'єктів. Дачні будиночки, котеджі, лазні, сауни, гаражі та котельні, підприємства з виробництвом, заснованому на використанні відкритого вогню та термообробки, підприємства гірничодобувної, металургійної та нафтогазопереробної промисловості та, нарешті, автомобільний транспорт— ось далеко не повний списокоб'єктів, де індикатор СО-12 може бути корисним.

Подібні пожежні сповіщувачі раннього виявлення, об'єднані в єдину мережута контролюючі газовиділення при тлінні матеріалів перед їх займанням, при розміщенні на промислових об'єктах дозволяють попередити аварійні ситуаціїне тільки на наземних об'єктах пожежної охорони, а й у підземних спорудах, вугільних розрізах, де внаслідок перегріву обладнання, що транспортує вугілля, може статися загоряння вугільного пилу. Кожен датчик, що має світловий та звуковий сигнали оповіщення, здатний не тільки інформувати про ступінь загазованості території, а й попередити про небезпеку персонал, що знаходиться у безпосередній близькості до екстремального місця. Стаціонарні пожежні датчики, встановлені в житлових приміщеннях, можуть запобігти вибуху побутового газу, отруєння чадним газом та виникнення пожежі через несправність побутової технікиабо грубого порушення умов її експлуатації шляхом автоматичного відключеннявід мережі.

Електроніка №4, 2001