Войти
A Датчик пламени - это датчик , предназначенный для обнаружения и реагирования на присутствие пламя или пожар, что позволяет обнаруживать пламя . Реакция на обнаруженное пламя зависит от установки, но может включать подачу сигнала тревоги, отключение топливопровода (например, линия пропана или линия природного газа ) и активацию системы пожаротушения. система. При использовании в таких приложениях, как промышленные печи, их роль заключается в обеспечении подтверждения правильности работы печи; его можно использовать для выключения системы зажигания, хотя во многих случаях они не предпринимают никаких прямых действий, кроме уведомления оператора или системы управления. Детектор пламени часто может реагировать быстрее и точнее, чем дымовой или тепловой извещатель, из-за механизмов, которые он использует для обнаружения пламени.
Области типа детектора пламени Детекторы ультрафиолета (УФ) работают, обнаруживая УФ-излучение, испускаемое в момент возгорания. Несмотря на способность обнаруживать пожары и взрывы в течение 3–4 миллисекунд, часто включается временная задержка в 2–3 секунды, чтобы минимизировать ложные срабатывания сигнализации, которые могут быть вызваны другими источниками УФ-излучения, такими как молния, дуга. сварка, излучение и солнечный свет. УФ-детекторы обычно работают с длинами волн короче 300 нм, чтобы минимизировать эффекты естественного фонового излучения. Полоса длин волн УФ-излучения, не пропускающего солнечные лучи, также легко ослепляется масляными загрязнителями.
Матричные датчики пламени ближнего инфракрасного (ИК) (от 0,7 до 1,1 мкм), также известные как визуальные датчики пламени, используют технологию распознавания пламени для подтверждения возгорания путем анализа ближнего ИК-излучения с помощью устройства с зарядовой связью (CCD). Датчик ближнего инфракрасного диапазона (ИК) особенно способен контролировать явления пламени без особых препятствий со стороны воды и водяного пара. Пироэлектрические датчики, работающие на этой длине волны, могут быть относительно дешевыми. Многоканальные или пиксельные матричные датчики, контролирующие пламя в ближнем ИК-диапазоне, возможно, являются наиболее надежными технологиями, доступными для обнаружения пожаров. Световое излучение огня формирует изображение пламени в определенный момент. Цифровая обработка изображений может использоваться для распознавания пламени посредством анализа видео, созданного из изображений в ближнем ИК-диапазоне.
Инфракрасные (ИК) или широкополосные инфракрасные (1,1 мкм и выше) детекторы пламени отслеживают инфракрасный спектральный диапазон на предмет определенных рисунков, выделяемых горячими газами. Их обнаруживают с помощью специализированной пожарной тепловизионной камеры (TIC), типа термографической камеры. Ложные тревоги могут быть вызваны другими горячими поверхностями и фоновым тепловым излучением в зоне действия. Попадание воды на линзу детектора значительно снижает точность детектора, как и воздействие прямых солнечных лучей. Специальный частотный диапазон от 4,3 до 4,4 мкм. Это резонансная частота CO2. Во время горения углеводорода (например, древесины или ископаемого топлива, такого как нефть и природный газ) выделяется много тепла и CO 2. Горячий CO 2 излучает много энергии на своей резонансной частоте 4,3 мкм. Это вызывает пик общего излучения, и его можно хорошо обнаружить. Кроме того, «холодный» CO 2 в воздухе заботится о том, чтобы солнечный свет и другое ИК-излучение фильтровалось. Это делает датчик на этой частоте «солнечным слепым»; однако чувствительность снижается под действием солнечного света. Наблюдая за частотой мерцания огня (от 1 до 20 Гц), извещатель становится менее чувствительным к ложным тревогам, вызванным тепловым излучением, например, вызванным горячим оборудованием.
Серьезным недостатком является то, что почти все излучение может поглощаться водой или водяным паром ; это особенно актуально для инфракрасного обнаружения пламени в диапазоне от 4,3 до 4,4 мкм. Прибл. 3,5 мкм и выше поглощение водой или льдом практически 100%. Это делает инфракрасные датчики для использования вне помещений очень нечувствительными к пожарам. Самая большая проблема - это наше невежество; некоторые инфракрасные детекторы имеют (автоматический) самотестирование окна детектора, но это самотестирование отслеживает только появление воды или льда на окне детектора.
Соляная пленка также вредна, потому что соль впитывает воду. Однако водяной пар, туман или небольшой дождь также делают датчик почти слепым без ведома пользователя. Причина аналогична тому, что делает пожарный, приближаясь к горячему огню: он защищает себя с помощью экрана из водяного пара от огромного инфракрасного теплового излучения. Присутствие водяного пара, тумана или небольшого дождя также «защищает» монитор, заставляя его не видеть огонь. Однако видимый свет будет проходить через экран из водяного пара, что легко увидеть по тому факту, что человек все еще может видеть пламя через экран из водяного пара.
Обычное время срабатывания ИК-детектора составляет 3-5 секунд.
Инфракрасные (ИК) камеры MWIR могут использоваться для обнаружения тепла и с помощью определенных алгоритмов могут обнаруживать горячие точки в пределах сцены, а также пламя для обнаружения и предотвращения пожара и опасность пожара. Эти камеры можно использовать в полной темноте и работать как внутри, так и снаружи.
Эти детекторы чувствительны к длинам волн УФ и ИК и обнаруживают пламя путем сравнения порогового сигнала обоих диапазонов. Это помогает свести к минимуму ложные срабатывания.
Двойные ИК (ИК / ИК) датчики пламени сравнивают пороговый сигнал в двух инфракрасных диапазонах. Часто один датчик смотрит на углекислый газ (CO2) размером 4,4 микрометра, а другой датчик смотрит на опорную частоту. Измерение выбросов CO2 подходит для углеводородного топлива; для топлива на неуглеродной основе, например водорода, обнаруживаются широкополосные водные полосы.
Мульти-инфракрасные извещатели используют алгоритмы для подавления эффектов фонового излучения (излучения абсолютно черного тела), при этом чувствительность снова снижается из-за этого излучения.
Детекторы пламени с тройным ИК-диапазоном сравнивают три конкретных диапазона длин волн в ИК-спектральной области и их соотношение друг с другом. В этом случае один датчик смотрит на диапазон 4,4 микрометра, а другие датчики смотрят на опорные длины волн как выше, так и ниже 4,4. Это позволяет детектору различать источники инфракрасного излучения, не являющиеся пламенем, и фактическое пламя, которое выделяет горячий CO 2 в процессе горения. В результате дальность обнаружения и устойчивость к ложным срабатываниям могут быть значительно увеличены. Детекторы IR3 могут обнаруживать возгорание бензинового поддона размером 0,1 м (1 фут) на расстоянии до 65 м (215 футов) менее чем за 5 секунд. Тройные ИК-детекторы, как и другие типы ИК-детекторов, чувствительны к ослеплению слоем воды на окне детектора.
Большинство ИК-детекторов предназначены для игнорирования постоянного фонового ИК-излучения, которое присутствует во всех средах. Вместо этого они предназначены для обнаружения внезапно изменяющихся или возрастающих источников излучения. При воздействии изменяющегося характера ИК-излучения, отличного от пламени, ИК- и УФ / ИК-детекторы становятся более склонными к ложным срабатываниям, в то время как детекторы IR3 становятся несколько менее чувствительными, но более устойчивыми к ложным срабатываниям.
Мульти-инфракрасные (Multi-IR / 3IR) извещатели используют алгоритмы для определения наличия огня и их отличия от фонового шума, известного как «Черное тело». Излучение », что в целом снижает дальность действия и точность детектора. Излучение черного тела постоянно присутствует во всех средах, но особенно сильно излучается объектами, имеющими высокую температуру. это делает среду с высокой температурой или области, где обрабатываются высокотемпературные материалы, особенно сложными для извещателей, работающих только с инфракрасным излучением. Таким образом, один дополнительный датчик диапазона УФ-С иногда включается в датчики пламени, чтобы добавить еще один уровень подтверждения, поскольку излучение черного тела не влияет на УФ-датчики, если температура не является чрезвычайно высокой, например, свечение плазмы от аппарата дуговой сварки.
Многоволновые детекторы различаются по конфигурации сенсора. 1 ИК + УФ или УФ ИК - наиболее распространенные и недорогие. 2 ИК + УФ - это компромисс между стоимостью и устойчивостью к ложным тревогам, а 3 ИК + УФ - сочетают в себе прошлую технологию 3IR с дополнительным уровнем идентификации с помощью УФ-датчика.
Мультиволновые или многоспектральные детекторы, такие как 3IR + UV и UVIR, являются улучшением по сравнению с их аналогами детекторов только для инфракрасного диапазона, которые, как известно, либо ложно срабатывают, либо теряют чувствительность и дальность действия в присутствии сильного фона. шум, например, от источников прямого или отраженного света или даже от воздействия солнца. Инфракрасные извещатели часто полагались на увеличение объема инфракрасной энергии в качестве основного определяющего фактора для обнаружения пожара, объявляя тревогу, когда датчики превышают заданный диапазон и соотношение. Однако этот подход склонен к срабатыванию из-за негорючего шума. будь то излучение черного тела, высокая температура окружающей среды или просто изменение внешнего освещения. в качестве альтернативы, при другом подходе к проектированию, только ИК-извещатели могут выдавать тревогу только при идеальных условиях и четком совпадении сигналов, что приводит к пропуску огня при слишком большом уровне шума, например, при взгляде на закат.
Современные датчики пламени могут также использовать высокоскоростные датчики, которые позволяют улавливать мерцающее движение пламени и контролировать характер и соотношение спектрального выходного сигнала на предмет уникальных для огня моделей. Более высокие датчики скорости позволяют это не только более быстрое время реакции, но и больше данных в секунду, повышая уровень уверенности в идентификации пожара или отклонении ложной тревоги.
Датчик видимого света (например, камера: от 0,4 до 0,7 мкм) может отображать изображение, понятное человеку. Кроме того, комплексный анализ обработки изображений может выполняться компьютерами, которые могут распознавать пламя или даже дым. К сожалению, камеру можно ослепить, как человека, тяжелым дымом или туманом. Также возможно смешивать информацию о видимом свете (монитор) с информацией УФ или инфракрасного излучения, чтобы лучше различать ложные срабатывания сигнализации или увеличить дальность обнаружения. Камера Corona является примером этого оборудования. В этом оборудовании информация УФ-камеры смешивается с информацией видимого изображения. Он используется для обнаружения дефектов в высоковольтном оборудовании и обнаружения пожара на больших расстояниях.
В некоторых детекторах в конструкцию добавлен датчик видимого излучения (света).
Система замкнутого телевидения или веб-камера могут использоваться для визуального обнаружения (длины волн от 0,4 до 0,7 мкм). Дым или туман может ограничить их эффективный диапазон, поскольку они работают исключительно в видимом спектре.
Интенсивную ионизацию внутри тела пламени можно измерить с помощью явления выпрямления пламени, при котором переменный ток легче течет в одном направлении при приложении напряжения. Этот ток можно использовать для проверки наличия и качества пламени. Такие детекторы могут использоваться в крупных обогревателях промышленных технологических газов и подключаться к системе контроля пламени. Обычно они действуют как мониторы качества пламени, так и для обнаружения пропадания пламени. Они также распространены в различных бытовых газовых печах и котлах.
Проблемы с тем, что котлы не продолжают гореть, часто могут быть вызваны загрязнением датчиков пламени или плохой поверхностью горелки, с помощью которой замыкается электрическая цепь. Плохое пламя или пламя, исходящее от горелки, также может нарушить целостность цепи.
Устройство зажигания пламени (вверху) и датчик пламени Термопары широко используются для контроля наличия пламени в системах топления и газовых плитах. Обычно эти установки используются для прекращения подачи топлива, если пламя пропадает, чтобы предотвратить накопление несгоревшего топлива. Эти датчики измеряют тепло и поэтому обычно используются для определения отсутствия пламени. Это можно использовать для проверки наличия пилотного пламени.
УФ / ИК-датчики пламени используются в:
Эмиссия излучения Пожар испускает излучение, которое человеческий глаз воспринимает как видимое желто-красное пламя и жар. Фактически, во время пожара излучается относительно мало энергии УФ и видимого света по сравнению с излучением инфракрасного излучения. Неуглеводородное возгорание, например, из водорода, не показывает пика CO 2 на 4,3 мкм, поскольку во время горения водорода нет CO 2 выпущен. Пик CO 2 4,3 мкм на изображении сильно преувеличен и в действительности составляет менее 2% от общей энергии огня. Многочастотный детектор с датчиками для УФ, видимого света, ближнего ИК и / или широкополосного ИК, таким образом, имеет гораздо больше «данных датчика» для расчета и, следовательно, может обнаруживать больше типов пожаров и лучше обнаруживать эти типы пожаров. : водород, метанол, эфир или сера. Это похоже на статичное изображение, но на самом деле энергия колеблется или мерцает. Это мерцание вызвано тем фактом, что вдыхаемый кислород и имеющееся горючее вещество горят и одновременно всасывают новый кислород и новый горючий материал. Эти маленькие взрывы вызывают мерцание пламени.
Пропускание солнечного света Солнце излучает огромное количество энергии, которая была бы вредна для человека, если бы не пары и газы в атмосфере, такие как вода (облака ), озон и другие, через которые фильтруется солнечный свет. На чертеже ясно видно, что «холодный» CO 2 фильтрует солнечное излучение около 4,3 мкм. Таким образом, инфракрасный детектор, использующий эту частоту, является солнцезащитным. Не все производители детекторов пламени используют острые фильтры для излучения 4,3 мкм и, таким образом, улавливают значительное количество солнечного света. Эти дешевые извещатели пламени вряд ли пригодны для наружного применения. От 0,7 мкм до прибл. 3 мкм наблюдается относительно большое поглощение солнечного света. Следовательно, этот частотный диапазон используется для обнаружения пламени некоторыми производителями детекторов пламени (в сочетании с другими датчиками, такими как ультрафиолетовый, видимый свет или ближний инфракрасный свет). Большим экономическим преимуществом является то, что окна детектора могут быть изготовлены из кварца вместо дорогого сапфира. Эти комбинации оптических датчиков также позволяют обнаруживать неуглеводороды, например водородные пожары, без риска ложных срабатываний, вызванных искусственным освещением или электросваркой.
Тепловое излучение Инфракрасные датчики пламени страдают от инфракрасного теплового излучения, которое не исходит от возможного пожара. Можно сказать, что огонь может быть замаскирован другими источниками тепла. Все объекты с температурой выше абсолютного минимума (0 кельвина или -273,15 ° C) излучают энергию, а при комнатной температуре (300 K) это тепло уже является проблемой для инфракрасных датчиков пламени с высочайшая чувствительность. Иногда для срабатывания ИК-датчика пламени достаточно движения руки. При температуре 700 К горячий объект (черное тело) начинает излучать видимый свет (светиться). Детекторы с двойным или множественным инфракрасным излучением подавляют воздействие теплового излучения с помощью сенсоров, которые обнаруживают только пик CO 2 ; например при 4,1 мкм. Здесь необходимо, чтобы была большая разница в выходе между применяемыми датчиками (например, датчиком S1 и S2 на картинке). Недостатком является то, что энергия излучения возможного пожара должна быть намного больше, чем существующее фоновое тепловое излучение. Другими словами, датчик пламени становится менее чувствительным. Этот эффект отрицательно сказывается на каждом мультиинфракрасном извещателе пламени, независимо от его стоимости.
Конус обзора (поле зрения) Конус обзора датчика пламени определяется формой и размером окна, корпуса и расположением датчика в корпусе. Для инфракрасных датчиков также играет роль ламинирование материала датчика; ограничивает зону обзора детектора пламени. Широкий угол обзора не означает автоматически, что датчик пламени лучше. Для некоторых применений детектор пламени необходимо точно выровнять, чтобы он не обнаруживал потенциальные источники фонового излучения. Угол обзора детектора пламени является трехмерным и не обязательно идеально круглым. Горизонтальный угол зрения и вертикальный угол зрения часто различаются; в основном это вызвано формой корпуса и зеркальным отображением деталей (предназначенных для самопроверки). Различные горючие вещества могут даже иметь разный угол обзора в одном и том же датчике пламени. Очень важна чувствительность при углах 45 °. Здесь должно быть достигнуто не менее 50% максимальной чувствительности на центральной оси. Некоторые датчики пламени здесь достигают 70% и более. Фактически, эти датчики пламени имеют общий горизонтальный угол обзора более 90 °, но большинство производителей не упоминают об этом. Высокая чувствительность по краям поля зрения дает преимущества при проецировании извещателя пламени.
Дальность обнаружения Дальность действия датчика пламени в значительной степени определяется местом установки. Фактически, делая проекцию, нужно представлять, что «видит» датчик пламени. Основное правило гласит, что монтажная высота извещателя пламени в два раза превышает высоту самого высокого объекта в поле зрения. Также необходимо учитывать доступность датчика пламени в связи с техническим обслуживанием и / или ремонтом. По этой причине рекомендуется жесткая световая мачта с точкой поворота. «Крыша» на датчике пламени (30 x 30 см, 1 x 1 фут) предотвращает быстрое загрязнение окружающей среды при наружных применениях. Также необходимо учитывать эффект тени. Эффект тени можно минимизировать, установив второй датчик пламени напротив первого датчика. Второе преимущество этого подхода состоит в том, что второй датчик пламени является дублирующим на случай, если первый не работает или заглушен. В общем, при установке нескольких извещателей пламени нужно дать им возможность «смотреть» друг на друга, а не в стены. Следуя этой процедуре, можно избежать слепых зон (вызванных эффектом тени) и достичь лучшего дублирования, чем если бы датчики пламени «смотрели» из центрального положения в защищаемую зону. Диапазон датчиков пламени до 30 x 30 см, 1 x 1 фут промышленного стандарта указан в технических паспортах и руководствах производителя, на этот диапазон могут влиять ранее заявленные эффекты снижения чувствительности солнечный свет, вода, туман, пар и излучение черного тела.
Закон квадратов Если расстояние между пламенем и датчиком пламени велико по сравнению с размером огня, то применяется закон квадратов: Если датчик пламени может обнаружить пожар Если площадь А находится на определенном расстоянии, то необходима в 4 раза большая площадь пламени, если расстояние между датчиком пламени и пламенем увеличивается вдвое. Вкратце:
Двойное расстояние = в четыре раза большая площадь пламени (пожар ).
Этот закон одинаково справедлив для всех оптических извещателей пламени, включая видеообъявления. Максимальную чувствительность можно оценить, разделив максимальную площадь пламени A на квадрат расстояния между пожарным датчиком и датчиком пламени: c = A / d. С помощью этой константы c можно для одного и того же датчика пламени и одного и того же типа пожара рассчитать максимальное расстояние или минимальную площадь возгорания: A = cd и d = √A / c
Следует подчеркнуть, однако, что квадратный корень в действительности больше не действует на очень больших расстояниях. На больших расстояниях другие параметры играют важную роль, например наличие водяного пара и холодного CO 2 в воздухе. С другой стороны, в случае очень слабого пламени уменьшение мерцания пламени будет играть возрастающую роль.
Более точное соотношение - справедливое, когда расстояние между пламенем и датчиком пламени небольшое - между плотностью излучения, E в детекторе и расстояние D между детектором и пламенем с эффективным радиусом R, излучающей плотность энергии, M, равно
E = 2πMR / (R + D)
Когда R < E = 2πMR / DСм. ТакжеСсылки
