Сигнализатор возгорания

В статье описан сигнализатор возгорания, чувствительный элемент которого представляет собой изменяющий свои параметры под действием высокой температуры ультразвуковой волновод из медной проволоки. Сигнализатор приводится в действие тепловым воздействием пламени и предназначен для оповещения о возгорании протяженных объектов, например, трубопроводов, электрических силовых линий и агрегатов.

Известны устройства пожарной сигнализации, термочувствительный элемент которых представляет собой гибкую шнуроподобную конструкцию, позволяющую прокладывать его в соответствии с рельефом поверхности контролируемого объекта на значительные расстояния, например, сигнализатор пожара/перегрева фирмы Meggitt [1,2], а также устройство аварийной пожарной сигнализации, описанное в [3].

Чувствительный элемент сигнализатора фирмы Meggitt представляет собой термостойкую трубку, заполненную инертным газом. Нагревание элемента вызывает повышение давления газа и срабатывание пневмореле с контактами, замыкание которых сигнализирует о создании аварийной ситуации. Этот сигнализатор предназначен для установки на летательные аппараты и отличается исключительной надежностью работы, однако весьма дорог и практически недоступен большинству рядовых потребителей.
Устройство, предложенное в [3], имеет чувствительный элемент в виде термостойкой трубки, заполненной легкоплавким сплавом, через которую осуществляется акустическая связь излучателя и приемника звука, расположенных с его противоположных концов.

Материал, находящийся внутри трубки, при нагревании плавится, в результате чего акустическая связь между излучателем и приемником ослабевает, что служит основанием для формирования сигнала оповещения о возникновении пожара. После устранения пожара легкоплавкий материал чувствительного элемента переходит в твердое состояние, акустическая связь восстанавливается и устройство вновь готово к работе.

Недостатком этого устройства можно считать то, что защитная трубка акустически шунтирует место расплавления и снижает чувствительность прибора вследствие того, что сигнал достигает приемника не только по легкоплавкому материалу, находящемуся внутри трубки, но и по материалу ее самой. Кроме того, температура срабатывания определяется температурой плавления заполняющего трубку материала и задается лишь его химическим составом. Поэтому для различных значений температуры срабатывания необходимо иметь несколько чувствительных элементов из разных сплавов, что дорого и не всегда приемлемо на практике. Наконец, конструкция такого чувствительного элемента довольно сложна, так как должна исключать утечку расплавленного материала из защитной трубки.

Ниже описан сигнализатор возгорания, принцип действия которого близок к предложенному в [3], но с чувствительным элементом, представляющим собой гибкий провод из термостойкого металла. При возникновении возгорания и воздействии пламени на чувствительный элемент в зоне воздействия образуется участок с повышенной температурой. Следствие этого — изменение скорости распространения ультразвуковых волн в чувствительном элементе и рассеивание их энергии на образовавшейся акустической неоднородности, в результате чего изменяется волновая картина на входе приемного устройства. Амплитудные изменения этой картины анализируются в приемном устройстве. При достижении ими порогового значения вырабатывается сигнал оповещения о возгорании, воспроизводимый узлом индикации. После устранения возгорания и снижения температуры чувствительного элемента акустическая связь между передающим и приемным устройствами восстанавливается до первоначального уровня и сигнализатор вновь готов к работе.

Технические характеристики

Температура срабатывания,
°С, не более………………200
Время срабатывания, с, не
более ……………………15
Время восстановления, с, не
более ……………………30
Длина термочувствительного элемента, м, не менее ……1
Рабочая частота, кГц………..80±10
Напряжение питания, В ………27±3

На рис. 1 показана схема передающего устройства сигнализатора. В нем генератор импульсов ультразвуковой частоты выполнен на микросхеме DA2. Цепь R2R3C3 определяет частоту колебаний. К выходу генератора подключен пьезоэлектрический излучатель ультразвука BQ1. Питается передатчик напряжением 27 В через интегральный стабилизатор DA1. Стабилитрон VD1 гасит избыток напряжения, поступающего на стабилизатор, что уменьшает рассеиваемую последним мощность. При питании напряжением менее 27 В стабилитрон можно исключить. Конденсаторы С1,С2 — элементы фильтрации в цепи питания. Светодиод HL1 и резистор R1 образуют узел индикации включения напряжения питания.

На рис. 2 изображена схема приемного устройства сигнализатора. Оно состоит из пьезоакустического преобразователя ВМ1, усилителя на ОУ DA1 с цепями смещения и обратной связи, амплитудного детектора на диодах VD1, VD2, узла сравнения на компараторе напряжения DA2, стабилизатора напряжения питания DA1. Светодиод HL1 и резистор R1 образуют узел индикации включения напряжения питания, а светодиод HL2 и излучатель звука НА1 — узел индикации возгорания. Подстроечный резистор R8 служит для регулировки коэффициента усиления усилителя, а с помощью R11 устанавливают порог срабатывания узла сравнения (температуру срабатывания сигнализатора).

Детали передающего и приемного устройств смонтированы навесным способом на макетных платах. В качестве чувствительного элемента использован отрезок медного провода диаметром 2 мм и длиной 1,5 м. Его противоположные концы припаяны к мембранам преобразователей, образуя акустическую линию связи между ними.
Оксидные конденсаторы использованы К53-52, но допустимо применять и другие танталовые или ниобиевые, например К53-4. Керамические конденсаторы — К10-176 (или КМ-3—КМ-6). Постоянные резисторы С2-33 (возможная замена — С2-23, МЛТ, ОМЛТ), подстро-ечные — СПЗ-39А (или СПЗ-37, РП1-48). Светодиоды АЛ307ВМ можно заменить любыми другими, например, из серии АЛ316. Вместо мигающего светодиода L-816BID допустимо использовать аналогичный, например L-796BID.

Диоды Д9В можно заменить диодами этой же серии с буквенными индексами Г—Л или германиевыми других серий, например, Д2, Д10, Д18, Д20, Д310—Д312, ГД107, ГД402, ГД507.

ОУ КР1407УДЗ можно заменить 1407УДЗ или К1407УДЗ, отличающимся типом корпуса. Четырнадцативыводный компаратор К554САЗ может быть заменен импортным LM311N-14, а также (с учетом различий в цоколевке) восьмивыводными КР554САЗ, К521САЗ, 521САЗ, LM311H, LM311M. Вместо интегральных стабилизаторов 78L08, 78L15 возможно использование отечественных аналогов КР1157ЕН802А, КР1157ЕН1502А соответственно. Пьезоакустические преобразователи BQ1, ВМ1 — бескорпусные трехвыводные зарубежного производства (предположительно FML-34.7T-2.9B1-L).

Налаживание сигнализатора заключается в установке резистором R3 передающего устройства частоты ультразвуковых колебаний, при которой уровень сигнала на выходе микросхемы DA2 приемного устройства максимален, при этом подстройкой резистора R8 добиваются отсутствия ограничения сигнала на выходе указанной микросхемы. Затем нагревают (например, на пламени спиртовки или свечи) небольшой участок чувствительного элемента и наблюдают уменьшение амплитуды выходного сигнала микросхемы DA2, а также значения постоянного напряжения на неинвертирующем входе компаратора DA3 приемного устройства. За 10… 15 с нагревания амплитуда сигнала на выходе микросхемы должна плавно уменьшиться приблизительно вдвое.

Подстроечным резистором R11 добиваются срабатывания компаратора DA3, при этом светодиод HL2 должен начать мигать, а излучатель НА1 -издавать прерывистый звук. Затем следует убедиться, что при остывании чувствительного элемента сигнализатор возвращается в исходное состояние: светодиод HL2 и звуковая сигнализация выключены, амплитуда сигнала на выходе микросхемы DA2 вернулась к прежнему значению.

В некоторых случаях может оказаться, что при нагревании чувствительного элемента уровень сигнала на выходе микросхемы DA1 приемного устройства не уменьшается, а увеличивается. Это является следствием волнового характера распространения ультразвука и наличием интерференционных явлений в акустическом волноводе, связывающем передающее и приемное устройства сигнализатора. В этом случае следует изменить частоту генератора ультразвуковых импульсов передающего устройства или изменить длину чувствительного элемента.

В заключение следует отметить, что при установке сигнализатора на объекте необходимо принять меры, исключающие влияние высокочастотной вибрации объекта и создаваемого им акустического шума на чувствительный элемент. Это делают, например, путем монтажа элемента на звукоизолирующих опорах. Объекты большой площади или объема контролируют за счет изгиба чувствительного элемента вокруг объекта согласно его форме.

Сигнализатор можно использовать и в качестве охранного. При прикосновении к чувствительному элементу, например рукой, в месте касания образуется акустическая неоднородность, ослабляющая акустическую связь между приемником и передатчиком, что и вызовет срабатывание сигнализатора.

ЛИТЕРАТУРА
1. Датчики системы пожарной сигнализации производства Meggitt Safety Systems Inc. (США).   —   <http://www.abris.sp.ru/RUS/ fire_detectors.html>.
2. Датчик    пожара.            <http://www. vibro-meter.ru/meggitt/FD-801.htm>.
3. Коннов В.,   Фомкин А.   Устройство аварийной пожарной сигнализации. Патент РФ № 2315362. — Бюллетень изобретений, 2008, № 2.

О. ИЛЬИН, г. Казань, Татарстан
«Радио» №4 2009г.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *