消防自動報警感溫探頭

楊桂華

河北省豐寧滿族自治縣，河北承德 068350

人類社會自進入工業(yè)化和電氣化時代以來，物質(zhì)生活水平得到了飛速的發(fā)展，電氣化和自動化也得到了廣泛的普及，一方面這極大的豐富了我們的日常生活，也提高了生產(chǎn)生活效率，但同時也帶來了巨大的消防隱患。當(dāng)今社會，受到人口增長和城鎮(zhèn)化加速趨勢的影響，城市規(guī)模不斷擴大，城市內(nèi)的摩天高樓也是鱗次櫛比，城市綜合體等巨型建筑的出現(xiàn)，超大型單體工業(yè)建筑的生產(chǎn)運行，以及高人口密度的居民生活區(qū)等，這些都給消防工作帶來了極大的難度。正是緣于這樣的消防壓力，消防自動報警裝置成為當(dāng)前消防前期工作的重點，在消防區(qū)域內(nèi)，布置數(shù)量眾多的自動報警裝置，對明火、煙霧、不明氣體、溫度異常等等情況進行不間斷監(jiān)測，通過檢測控制系統(tǒng)，能夠及時將報警信號傳輸?shù)较啦块T，并及時進行消防搶救。在這整個自動報警系統(tǒng)中，最重要也最為核心的部件就是自動報警感應(yīng)裝置，本文將以溫度感應(yīng)裝置為分析對象，細述感溫探頭的工作原理和典型感溫探頭的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 消防自動報警系統(tǒng)概述

消防自動報警系統(tǒng)主要包括了消防火警觸發(fā)元件、火災(zāi)報警裝置和控制中心等，通過感應(yīng)裝置可以將火災(zāi)現(xiàn)場的煙霧、熱能、光輻射等環(huán)境變量，通過感溫裝置、感煙裝置和感光裝置等轉(zhuǎn)換為電信號，在消防控制傳輸線路的輔助下觸發(fā)消防報警設(shè)備，并且通過智能定位系統(tǒng)標(biāo)定火場方位、火災(zāi)發(fā)生時間、起火原因等等重要火場信息。通常來說一旦消防自動報警系統(tǒng)觸發(fā)，也會引起自動噴淋裝置、消防栓裝置和排煙空調(diào)裝置和防火卷簾裝置的聯(lián)動。

2 消防自動報警感溫探頭的工作原理

2.1 火災(zāi)溫度探測器類型

異常溫度探測是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中常用的火場監(jiān)測手段，根據(jù)感溫裝置的出發(fā)模式可以分為三類：定溫式火災(zāi)探測器、差溫式火災(zāi)探測器和差定溫式火災(zāi)探測器。定溫式火災(zāi)探測器的工作原理是預(yù)先設(shè)置好室內(nèi)溫度閾值，一旦室內(nèi)溫度超過預(yù)設(shè)值，就會觸發(fā)消防自動報警系統(tǒng)，通常來說，定溫式火災(zāi)探測器的分布方式主要有線性布置和點陣列布置兩種；差溫式火災(zāi)探測器是通過檢測在特定時間周期內(nèi)室內(nèi)溫度的增量和增加速率是否超過預(yù)設(shè)值，以此作為警報觸發(fā)條件，通常來說此類火災(zāi)探測器會在消防區(qū)域內(nèi)進行陣列排布，避免錯漏局部火災(zāi)；差定溫式火災(zāi)探測器則兼具上述兩種火災(zāi)溫度探測器的特定，對于大面積火災(zāi)和局部火災(zāi)都有較好的判斷效果，是最常用的火災(zāi)溫度探測器形式。

2.2 自動報警感溫探頭工作原理

消防自動報警系統(tǒng)中采用的感溫探頭的核心部件是溫度傳感器，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，當(dāng)前的溫度傳感器主要有接觸型溫度傳感器和非接觸性溫度傳感器兩大類。當(dāng)被測對象具有較好的導(dǎo)熱性，并且能夠在較短時間內(nèi)達到熱對流和熱平衡時，接觸式溫度傳感器能夠發(fā)揮極大的作用，這時的溫度測量精度較高，并且可以無延時的測量被測物體的溫度變化趨勢，但是它的弱勢是對于運動對象和比熱容較小的對象效果不佳，在強腐蝕性的工作環(huán)境下，也會影響溫度測量精度，非接觸式溫度傳感器主要是檢測被測對象的輻射量變化，對于運動物體和溫度場的測量精度較高，適用于大空間檢測。

從工作原理來看，溫度傳感器主要有熱電偶型、金屬測溫電阻型、半導(dǎo)體熱敏電阻型等，用兩種金屬芯線搭成回路，在芯線連接點出現(xiàn)溫度變化時，就會在電路中出現(xiàn)溫度電勢差，即塞貝克效應(yīng)，由此制成的溫度傳感器就是熱電偶，在消防自動報警的感溫探頭中，常常會采用鎧裝熱電偶，在芯線外層包裹者氧化鋁和氧化鎂等金屬物質(zhì)，可以起到絕緣和氣密作用。金屬測溫電阻則是利用了金屬導(dǎo)熱性，但是金屬絲很難承受較大的振動和沖擊，要避免在震動幅度大的區(qū)域使用，通過在外層包裹高溫強化玻璃和高溫陶瓷，能夠承受600攝氏度以上的高溫。熱敏電阻主要采用BaTO3作為設(shè)計材料，當(dāng)溫度超過特定數(shù)值時，BaTO3的電阻將會發(fā)生相應(yīng)的變化，由此可以進行溫度測定。

3 消防自動報警感溫探頭應(yīng)用分析

消防自動報警系統(tǒng)中，感溫探頭的核心部件是溫度傳感器，在實際的感溫探頭運用過程中，根據(jù)感溫探頭的使用環(huán)境、感溫探測方式、安裝特點和感溫精度要求等常常將其分為集成式感溫探頭系統(tǒng)和分布式感溫探頭系統(tǒng)，下面將詳細介紹兩種感溫探頭的在消防自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

3.1 集成式感溫探頭

集成式感溫探頭利用PN結(jié)的溫度特性，具備極高的線性度和極快的溫度響應(yīng)速度，在感溫探頭內(nèi)部嵌入驅(qū)動電路、控制處理電路和邏輯控制電路，最終集成成為具備感溫處理能力的IC處理芯片，尺寸小，能夠適應(yīng)不同的消防自動報警系統(tǒng)的使用需求。集成式感溫探頭是當(dāng)前最為常見的感溫探頭產(chǎn)品，這不僅僅是因為集成式感溫探頭性能穩(wěn)定，其價格也是巨大的競爭優(yōu)勢，但是集成式感溫探頭的缺點表現(xiàn)在感溫范圍有限，而且容易受到電磁輻射的干擾。

集成式溫度探頭主要是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制造而成，以溫度傳感器為核心的感溫芯片鑲嵌在探頭金屬塊中，可將溫度變化量轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸出量，信號輸出主要是采用帶隙基準(zhǔn)電路為D/A轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)電壓，以此模擬溫度變化所帶來的電壓偏置量，基準(zhǔn)源發(fā)生器對于制造工藝、電壓負載波動幅度和電源抑制比要求較高。

3.2 分布式感溫探頭

易燃易爆場所的消防自動報警系統(tǒng)中常常采用高精度的感溫探頭系統(tǒng)，分布式光纖感溫探頭是其中最具代表性的產(chǎn)品。準(zhǔn)分布式光纖感溫探頭主要是用光纖把預(yù)先設(shè)置在各個離散點的溫度傳感器(可以是光纖溫度傳感器)聯(lián)結(jié)在一起，光纖起導(dǎo)光和連接器的作用，關(guān)鍵的問題是解決多路復(fù)用，其特點體現(xiàn)在僅通過尋址特定傳感器即可獲得各離散點的溫度信息，但要求對待測場具備先驗知識，以便確定所設(shè)置的各個點式溫度傳感器所放位置，并且光電檢測部分比較復(fù)雜，目前準(zhǔn)分布式光纖溫度傳感器所能聯(lián)的傳感器點數(shù)最多為 30個。本征型分布式光纖感溫探頭中，光纖集光傳輸和光傳感于一體，這種傳感器能獲得光纖上任一點隨時間及空間變化的溫度信息，且探測距離長，而獲得單位信息的成本可大大降低，這也正是分布式光纖溫度傳感器最引人注目的原因。

分布式光纖感溫探頭的選用主要考慮四個方面的因素：溫度分辨率、空間分辨率、測量范圍和測量時間。由于感溫探頭大多是將溫度信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此對于數(shù)字信號中的電流信號信噪比的要求較高，溫度分辨率就是指信噪比為1時的溫度變化增量；空間分辨率表征測量系統(tǒng)區(qū)分傳感光纖上相隔最近的兩點拉曼(Raman)散射信號的能力，空間分辨率主要由系統(tǒng)探測光脈沖寬度、光纖色散、光電轉(zhuǎn)換器件的響應(yīng)時間、放大電路的頻帶寬度和 A/D 轉(zhuǎn)換速度等因素決定。測量時間是指整個系統(tǒng)在給定的測量精度下，以一定的空間分辨率對整個傳感光纖所處待測溫度場完成一次測量所需要的最少時間，包括背向拉曼散射信號的獲取時間，提高信號的信噪比所需的信號平均時間和其它數(shù)據(jù)處理時間。精度有效的溫度可測上下限就是測量范圍，分布式光纖感溫探頭的可測范圍常常也會受到環(huán)境因素的影響。

3.3 智能感溫探頭技術(shù)分析

通過集成感溫傳感器和微處理器技術(shù)，可以實現(xiàn)智能感溫探頭的功能設(shè)計，通常來說智能感溫探頭能夠?qū)Ω袦鼐冗M行自動校準(zhǔn)和自動補償，這適用于溫度環(huán)境變化范圍極大的工廠、室外環(huán)境、易燃易爆場所、倉庫等環(huán)境的消防自動報警系統(tǒng)；同時它能夠?qū)崿F(xiàn)溫度數(shù)據(jù)自動采集、邏輯判斷和數(shù)據(jù)分析處理，具備極強的自適應(yīng)處理功能，對于非常規(guī)的消防現(xiàn)象如粉塵過量、瓦斯泄漏、電弧漏電等導(dǎo)致火災(zāi)的前兆也能有較好的處理效果；與此同時智能感溫探頭還具有雙向通信和信號傳輸功能，消防控制中心可以實時的對感溫探頭進行標(biāo)定、調(diào)整和開閉處理，通過嵌入特定算法還能實現(xiàn)智能化決策和決策學(xué)習(xí)過程，具備極強二次開發(fā)和模塊化應(yīng)用潛力，是當(dāng)前最為高效、可靠性最強的感溫探頭系統(tǒng)。

4 結(jié)論

火災(zāi)自動報警裝置是消防控制的重要技術(shù)手段，也是當(dāng)前消防管控工作中著重運用的消防設(shè)備?；馂?zāi)自動報警主要是針對火災(zāi)現(xiàn)場的特征現(xiàn)象進行監(jiān)測分析，包括對煙霧濃度、室內(nèi)溫度、氣體成分和輻射強度等，通過設(shè)置警報觸發(fā)閾值實現(xiàn)自動報警功能。本文以溫度監(jiān)測為分析對象，從技術(shù)原理和應(yīng)用方式的角度出發(fā)分析了自動報警感溫探頭的工作原理和典型感溫探頭的使用現(xiàn)狀，為感溫探頭的進一步發(fā)展提供新的思路。

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