光電感煙火災(zāi)探測(cè)器抗粉塵污染試驗(yàn)研究

李立明 宋立巍 梅志斌 張曦

摘要：利用自研制的粉塵環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置開展光電感煙火災(zāi)探測(cè)器抗粉塵污染試驗(yàn)研究。研究表明，粉塵環(huán)境對(duì)感煙探測(cè)器的主要影響是使其響應(yīng)閾值減小，靈敏度增加。點(diǎn)型感煙探測(cè)器污染試驗(yàn)后仍能保持基本功能，但獨(dú)立式感煙探測(cè)器經(jīng)過粉塵污染后有超過半數(shù)失去基本功能或不符合使用要求。

關(guān)鍵詞：感煙探測(cè)器;粉塵污染;誤報(bào)警;漏報(bào)警

光電感煙火災(zāi)探測(cè)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)報(bào)警。光電感煙火災(zāi)探測(cè)器利用火災(zāi)煙霧粒子改變?nèi)肷涔獾膫鞑ピ?，檢測(cè)煙霧濃度超過預(yù)警值時(shí)即發(fā)出火災(zāi)報(bào)警。然而，非火災(zāi)煙霧的氣溶膠顆粒物也具有濃度，空氣中懸浮的粉塵是引發(fā)點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器誤報(bào)警的主要原因;同時(shí)，粉塵在火災(zāi)探測(cè)器的探測(cè)腔中長(zhǎng)時(shí)間沉積，會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警閾值發(fā)生漂移，進(jìn)而引發(fā)漏報(bào)警或頻繁誤報(bào)警[1]。當(dāng)具有腐蝕性的粉塵停留在探測(cè)器的電路板上時(shí)，就會(huì)腐蝕電路板，造成探測(cè)器故障[2-3]。因此，對(duì)火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行粉塵污染試驗(yàn)，對(duì)評(píng)價(jià)長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下火災(zāi)探測(cè)器的抗粉塵污染、保持探測(cè)報(bào)警性能的能力具有重要意義。

1? 試驗(yàn)裝置和方法

試驗(yàn)在自主研發(fā)的粉塵環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置[4]中進(jìn)行，如圖1所示。其中，光學(xué)煙密度計(jì)用來測(cè)量探測(cè)器所處位置的減光系數(shù)m值（dB/m，即光電感煙探測(cè)器的響應(yīng)閾值）;粉塵濃度儀用來測(cè)量探測(cè)器位置粉塵的濃度（mg/m3）;粉塵發(fā)生器通過微量補(bǔ)塵口向裝置內(nèi)送入粉塵以維持裝置內(nèi)的粉塵濃度。粉塵對(duì)于探測(cè)器的干擾，主要影響因素為粉塵的粒徑分布以及粉塵濃度的增長(zhǎng)速率，因此評(píng)估感煙探測(cè)器抗粉塵能力的試驗(yàn)應(yīng)選用具有標(biāo)準(zhǔn)粒徑分布并且粒徑小于100μm的標(biāo)準(zhǔn)粉塵。本試驗(yàn)擬采用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)[5]的A2細(xì)塵作為試驗(yàn)用塵，該塵源可以模擬自然塵，滿足試驗(yàn)的需求。

1.測(cè)量區(qū) 2.光學(xué)煙密度計(jì) 3.探測(cè)器 4.粉塵濃度儀 5.溫濕度傳感器 6.氣流 7.微量補(bǔ)塵 8.靜電中和器 9.粉塵發(fā)生器 10.空氣壓縮機(jī) 11.循環(huán)泵 12.加熱器 13.振蕩器 14—電動(dòng)閥門 15.排塵口 16.控制柜

在對(duì)探測(cè)器進(jìn)行粉塵污染試驗(yàn)前，利用符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB4715-2005的探測(cè)器閾值檢驗(yàn)煙箱[6]和便攜式探測(cè)器閾值檢驗(yàn)裝置[7]測(cè)量探測(cè)器試驗(yàn)樣品的響應(yīng)閾值。

粉塵污染試驗(yàn)每次可同時(shí)開展2只探測(cè)器試驗(yàn)。試驗(yàn)前將探測(cè)器安裝到粉塵環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置內(nèi)，使其處于正常監(jiān)視狀態(tài)。試驗(yàn)裝置內(nèi)溫度為23±5℃，相對(duì)濕度<25%RH，探測(cè)器周圍氣流速度為0.5±0.1m/s。

探測(cè)器試樣采用了點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器和獨(dú)立式感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器兩種類型。點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器的測(cè)試粉塵濃度是600mg/m3，污染的時(shí)間是至探測(cè)器報(bào)臟。獨(dú)立式感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器的測(cè)試粉塵濃度是600mg/m3和150mg/m3兩種，對(duì)應(yīng)的污染時(shí)間分別是2.0h和1.0h。試驗(yàn)過程中通過粉塵發(fā)生器向裝置內(nèi)進(jìn)行微量補(bǔ)塵，保證粉塵環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置中粉塵濃度滿足試驗(yàn)要求。污染試驗(yàn)結(jié)束后靜置1.0h，靜置后測(cè)量被污染的探測(cè)器的響應(yīng)閾值。所開展的粉塵污染試驗(yàn)工況如表1所示。

2? 試驗(yàn)結(jié)果和討論

考察探測(cè)器性能抗粉塵污染的能力，主要是將探測(cè)器被污染前后的響應(yīng)閾值進(jìn)行比較，觀察其污染前后響應(yīng)閾值的一致程度。探測(cè)器被污染前后響應(yīng)閾值中的大值用mmax表示，小值用mmin表示，要求污染前后響應(yīng)閾值的比值mmax：mmin不大于1.6。

三款點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。點(diǎn)型感煙探測(cè)器一般具有報(bào)臟功能，即環(huán)境粉塵等氣溶膠對(duì)其長(zhǎng)期污染會(huì)使其達(dá)到報(bào)臟閾值，探測(cè)器接收到的累積污染到達(dá)報(bào)臟閾值后即發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。報(bào)臟閾值的設(shè)定以探測(cè)器運(yùn)行至報(bào)臟點(diǎn)時(shí)的響應(yīng)閾值滿足mmax：mmin不大于1.6為目標(biāo)，這是探測(cè)器生產(chǎn)廠家的基本設(shè)定。從表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，三款點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器被污染前后的響應(yīng)閾值的比值未超過1.13，展現(xiàn)了很好的一致性關(guān)系。

將三款點(diǎn)型感煙探測(cè)器粉塵污染試驗(yàn)前后的響應(yīng)閾值進(jìn)行比較，如圖2所示?？梢钥闯?，廠家一和廠家三的探測(cè)器受粉塵污染后，其響應(yīng)閾值較污染前有一定下降，也可以說探測(cè)器較污染前變得更靈敏;但是廠家二的探測(cè)器中，除（1）號(hào)探測(cè)器在試驗(yàn)后響應(yīng)閾值略有下降外，其他兩個(gè)探測(cè)器的響應(yīng)閾值變大了，也可以說探測(cè)器變鈍了。粉塵污染對(duì)探測(cè)器響應(yīng)閾值的影響較為復(fù)雜，但大體上從兩個(gè)方面對(duì)其造成影響。一方面是粉塵吸附、滯留、積累在探測(cè)器的迷宮腔內(nèi)，這使得迷宮腔內(nèi)的整體光路環(huán)境變得較差，沒有火災(zāi)煙氣時(shí)收光元件也會(huì)接收一定的來自粉塵顆粒的漫反射光強(qiáng)，這時(shí)只需比原來濃度更小的煙氣進(jìn)入迷宮腔即可使探測(cè)器收光元件接收可觸發(fā)報(bào)警的光強(qiáng)，即m值減小。粉塵污染對(duì)探測(cè)器響應(yīng)閾值影響的另一方面體現(xiàn)在粉塵對(duì)發(fā)光、收光元件的污染，即粉塵吸附在發(fā)光或者收光元件的表面。這會(huì)降低發(fā)光元件發(fā)出光的強(qiáng)度，或在有煙氣散射時(shí)降低收光元件收到的光強(qiáng)，那么與污染前相比，就需要濃度更大的火災(zāi)煙氣才能產(chǎn)生足夠的漫反射，使得探測(cè)器收光元件接收可觸發(fā)報(bào)警的光強(qiáng)，即m值變大。需要注意的是，材料和生產(chǎn)工藝水平的不斷提高，探測(cè)器發(fā)光、收光元件本身抗粉塵吸附能力較強(qiáng)，其表面被粉塵污染的情況很少，因此對(duì)大多數(shù)點(diǎn)型探測(cè)器來說，長(zhǎng)期粉塵污染會(huì)使其變得更靈敏，而過于靈敏會(huì)使探測(cè)器的誤報(bào)率上升。

對(duì)六個(gè)不同廠家的獨(dú)立式感煙火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行粉塵污染試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。從試驗(yàn)結(jié)果來看，獨(dú)立式感煙火災(zāi)探測(cè)器一般不具有報(bào)臟功能，受環(huán)境粉塵污染至一定程度后直接發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。廠家六、七和九三款探測(cè)器以及廠家五的（2）號(hào)探測(cè)器，在粉塵污染試驗(yàn)結(jié)束后，經(jīng)過2～3天的靜置和不少于4次的重新上電，仍一直處在報(bào)火警的狀態(tài)。因此，可以判斷這幾款探測(cè)器在經(jīng)過污染試驗(yàn)后已經(jīng)失去了基本功能，這些探測(cè)器的數(shù)量占總的獨(dú)立式探測(cè)器數(shù)量的7/16。除上述情況外，整體來說，探測(cè)器在經(jīng)受粉塵污染一段時(shí)間后，響應(yīng)閾值減小，靈敏度提高。靈敏度過高是探測(cè)器頻繁誤報(bào)警的一個(gè)主要原因，因此標(biāo)準(zhǔn)要求探測(cè)器的響應(yīng)閾值不應(yīng)小于0.05dB/m。廠家四的（2）號(hào)探測(cè)器經(jīng)過污染試驗(yàn)后的響應(yīng)閾值是0.021dB/m，已經(jīng)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從mmax：mmin的比值來看，廠家四和廠家五各有一只探測(cè)器的試驗(yàn)前后比值超過了1.6，不能滿足要求。也就是說，經(jīng)過粉塵污染試驗(yàn)，獨(dú)立式感煙探測(cè)器仍能正常工作的數(shù)量不足一半。這表明，獨(dú)立式感煙探測(cè)器的抗粉塵環(huán)境能力較差，對(duì)應(yīng)用環(huán)境的潔凈程度要求較高;同時(shí)，獨(dú)立式感煙探測(cè)器也應(yīng)設(shè)置報(bào)臟功能。

將廠家四、五和八探測(cè)器粉塵污染試驗(yàn)前后的響應(yīng)閾值進(jìn)行比較，如圖3所示?？梢钥闯?，探測(cè)器在受到粉塵污染后，其響應(yīng)閾值較污染前均在不同程度上有所下降，不存在上升的情況。這表明，所采用的試驗(yàn)探測(cè)器均是在迷宮腔內(nèi)受到粉塵的影響，而其所采用的發(fā)光、收光元件本身抗粉塵吸附能力較強(qiáng)，并未被粉塵污染，該試驗(yàn)結(jié)果也與實(shí)際情況相符。

3? 結(jié)語

利用自研制的粉塵環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置研究了感煙探測(cè)器受環(huán)境粉塵長(zhǎng)期污染的影響，結(jié)果表明，粉塵環(huán)境對(duì)感煙探測(cè)器的影響主要是降低了探測(cè)器的響應(yīng)閾值，使探測(cè)器變得更加靈敏。點(diǎn)型感煙探測(cè)器因其具有報(bào)臟功能，污染試驗(yàn)后仍能較好的保持其基本功能;而獨(dú)立式感煙探測(cè)器經(jīng)過粉塵污染后有超過半數(shù)失去基本功能或不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。總的來說，粉塵環(huán)境對(duì)感煙探測(cè)器的影響較大，一方面粉塵量較大的空間環(huán)境不適于采用感煙探測(cè)器;另一方面，對(duì)具有報(bào)臟功能的感煙探測(cè)器，應(yīng)在其報(bào)臟時(shí)及時(shí)清洗探測(cè)器，而對(duì)于沒有報(bào)臟功能的感煙探測(cè)器，應(yīng)按產(chǎn)品說明書要求或國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行定期清洗。

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Experimental study on dust pollution

resisting performance of photoelectric smoke detector

Li Liming1，2， Song Liwei1，2， Mei Zhibin1，2， Zhang Xi1，2

（1.Shenyang Fire Science and Technology Research Institute of MEM，Liaoning? Shenyang 110034;2.Liaoning Key Laboratory of Fire Prevention Technology，Liaoning? Shenyang? 110034）

Abstract：The self-developed dust environment simulation device was used to carry out the dust pollution resistance test of photoelectric smoke detector.Studies indicate that， The main influence of dust on smoke detector is to reduce its response threshold and increase its sensitivity. The regular smoke detector could still keep its basic function after the pollution test， while more than half of the self-contained smoke detectors lost their basic function or do not meet the use requirements.

Keywords：smoke detector; dust pollution; false alarm; alarm missing