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感煙、感溫火災探測器在火災探測中起到的作用
傳統感煙、感溫火災探測器在火災探測中起到了覓要的作用,而且也在不斷犮展完善,但 足還并不能讓人滿意6它們本質上以火災的煙蘇濃度和溫度等物理特性作為測量的對象,而燃 燒的材料種類、燃燒狀況、灰塵、水汽和熱源等很多因家都會顯著的影響到這呰參數,從而影 響了常規探測器的可靠性,使之容易產生誤報,甚至對特定的火災不響應。例如,針對溫升的 探測器對陰燃火沒桿響應,某件感煙探測器對灑精火等也沒苻響應等等。
石油聯合企業、煤礦、化學工廠等單位不斷發生氣體池漏、爆炸事故、引發火災,大氣污 染日趨嚴重,普通家庭也常荷氣體中毐尜故。為了防止氣體事故發生,對CH4等爆炸性氣體的 檢測與控制勢在必行,因而需®研制檢測氣體的傳感器和研宄各類氣體的檢測方法。
絕大多數液體或閩體材料在燃燒初期,都產生CO、C02等標志性氣體,因而通過探測C0、 co2等火火氣體產物,可以實現早期火災探測。由于在正常惜況下,環境中的COW杲干擾性氣 體較少,因此相對于感煙、感溫探測器,火災氣體探測器的環境影響因素大大減小。
氣體探測技術比感溫感煙的技術要fi雜.R吊貴,因此氣體探測一汽處•丁•可望而不可及的境 地。W外從30年代開始研究開發氣體傳感器,早期氣沐傳感器主要用•丁•煤氣、液化石油氣、天 然氣及礦井中的瓦斯氣體的檢測與報羚,后來火火領域的研究人員開始借肋這些技術來檢測火 火中產生的各種氣態產物。近年來,由丁•氣體傳感技術荷了長足進步,氣體探測技術正面臨若 一個蓬勃的發展時期。在AUBE’99和AUBEXM火災[11動探測同際學術討論會上,有多篇論文涉 及氣體探測,其中主要足con體探測以及煙溫氣父合探測技術。
一、可燃氣體
在石油、煤礦、化工廠等企業單位,油氣泄漏使環境中存在場燃場爆氣體,居民家庭煤 氣、液化氣泄漏也偶有發生,容易引起火災爆炸事故,給生產生活帶來很大的威脅。為了防止 爆炸的發生,需對易燃易爆氣體的濃度進行檢測,以便濃度超標時及時采取措施。在生產過程 中,可燃氣體泄出可能使工作場所的新鮮空氣逐漸被取代,以致于全部被可燃氣體充滿。在圖 5-1中,根據空氣與可燃性氣體混合氣體的比例,將可燃性氣體的濃度分成三個區域:低丁最低 爆炸極限LEL( Lower Explosive Limit)的欠景區;最低爆炸極限LHL與最高爆炸極限UF丄(Upper Explosive Limit)之間的爆炸區;高于最高爆炸極限的s景區。
欠罱區:空氣混合氣體中可燃性氣體的濃度從0到LEL這個區域中,由于可燃性氣體的濃 度比較低,此時即使具備足夠的點燃能景,也不會產生爆炸;
爆炸區:上述混合氣體中可燃性氣體的濃度處于LEL及UEL之間這個區域中,只要具備 足夠的點燃能罱,就必然產生爆炸;
宮量區:如上述混合氣體中可燃性氣體的濃度高于UEL,此時,由于空氣(實際足氧氣) 含量過低,因此也不具備爆炸條件,但足當外來空氣的不斷補入時,乂將返回“爆炸區”,因此, “富量區”的浞合氣(4、也足十分危險的。
二、火災中的氣體產物
火災產生的氣體成分足復雜多樣的,包含完全燃燒產物,如co2和h2o:以及不完全燃燒 產物,如co、氣態碳a化合物及醉類、醛類、酮類、酸類、酯類;如果可燃物中還含有其他元 崠,例如S和鹵素(F、Cl、Br),則產物中就會包含硫的氧化物以及鹵素的化合物<=
對于絕大多數可燃物,均含有C、H元素,其在空氣中陰燃熱解或明火燃燒時,氣態燃燒 產物的主要成分為h2o、CO和co2。國內外的研宂表叨,各種標準火都會產生一定數星的CO 和 C02o
和火火煙氣中的煙霧顆粒不同,火火的氣f本產物需耍更少的熱量驅動就可以快速上升。C0 等一些氣體由于比空氣輕,其至不需要熱量的驅動,就能非常容易地擴散上升,這對于火災探 測器的布置和在較早的時間捕捉到火災發生倍息非常重耍。從燃燒的機理來說,早期火火(燃 燒的初期)通常不會產生叨玆的溫升和煙霧,而此時卻己經有熱解產生的氣態產物。圖5-3為 火災不同發展階段與火災探測器響應的對應關系,因此,氣體產物適宜•丁•早期火災探測。
另一方面,火災煙氣不僅含有大童沒有完全燃燒的組分,而.R.含有很多有毒、有害的組分, 其中CO、HCN、S02足主要毒性組分,C02則足造成人員窒息的主要組分。
尤其在現代建筑物中,使用了大童高分子聚合物的構件和裝修材料,它們在高溫條件下釋 放的有毒、有害成分耍比天然木材高得多,因而對人員安全的威脅更為嚴迢。
表5-3足火災時,各種氣體產物在環境中最大允許濃度,以及對人體不同程度的危害作用影
響o
可燃氣體或火災氣沐產物探測主要越于以下三個原現:
(1)利用半導體氣體器件檢測的電氣方法;
(2)利用氣體對光的祈射率成光吸收等特性來檢測氣體的光學法;
(3)利用電極和電解液對氣體進行檢測的電化學法。
表5-4列出了當前使用的主要氣體檢測方法以及相應的氣體檢測種類。
氣體傳感器的主要特性參數足靈敏度、響應時間、選擇性、穩定性等,以下對各參數進行 解釋說明。
(1)靈敏度
靈敏度(ZO標志氣敏元件對氣體的敏感程度,決定了測童精度,釆用元件的阻值變化童 △ /?與氣體濃度變化童AP之比來表示,即&=△/?/△&
靈敏度另一種表示方法,即氣敏元件在空氣中的阻值A與在被測氣體中的阻值R之比,即 K=RJRc
(2)響應時間
從氣敏元件與波測氣體接觸,到氣敏元件的叭值達到新的怛定值所:要的時間稱為響應時 間,它表示氣敏元件對一定濃度被測氣體的反應速度。
(3)選擇性
在多種氣體共存的條件下,氣敏元件區分不同種類氣體的能力稱為選擇性,對某種氣體的 選擇性好,就表示氣敏元件對它有較商的靈敏度,選擇牲足氣敏元件的重耍參數,也足前較 難解決的問題之一。
(4)穩定性
當氣體濃度不變時,若其他條件發生變化,在規定的時間內,氣敏元件輸出特性.維持不變 的能力,稱為穩定性。穩定性表示氣敏元件對于氣體濃度以外的各種因素的抵抗能力。
(5)溫度特性
氣敏元件靈敏度隨溫度變化的特忡.稱為溫度特性。溫度有元件CI身溫度與環境溫度之分, 這兩種溫度對靈敏度都柯影響。元件D身溫度對靈敏度的影響與所用材料有關。環境溫度對靈 敏度的影響相當大,常釆用溫度補償方法進行解決<■
(6)濕度特性
氣敏元件的靈敏度隨環境濕度變化的特蝕稱為濕度特性,濕度特性足影響檢測精度的另一 個因素,常采用濕度補償方法進行解決。
(7)電源電壓特性
氣敏元件的靈敏度隨電源電壓變化的特性稱為電源電壓特性,為改善傳感器的電源電壓特 性,需采用恆壓源。
 
 

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