Как работает тепловой датчик: виды и описание, принцип работы, особенности.

Содержание

виды и описание, принцип работы, особенности.

Тепловые пожарные извещатели (ИП) представляют собой приспособления для быстрого выявления признаков возгорания по стремительному повышению температуры в охраняемом пространстве или помещении. Они характеризуются повышенной стойкостью к воздействию различных факторов – запыленности, влажности, задымленности или загазованности в помещении, надежно эксплуатируются в разнообразных комплексах, системах АУТП и АПС, то есть там, где нет смысла пользоваться извещателями иных типов – пламени или дыма.

Тепловые извещатели становятся на многих объектах газовым индикатором возникновения пожара, там, где процесс горения сопровождается значительным выделением тепла, а не плотного дыма или иных видов взвесей в воздухе.

Особенности

Принцип работы тепловых пожарных извещателей базируется на изменении физических и механических свойств компонентов устройств, чувствительных к изменениям температуры. Самая примитивная конструкция предполагает наличие контроллера с подключенным чувствительным элементом, который получил название — тепловой сенсор. С контроллера передача информации осуществляется на управляющее устройство, для чего все части системы сопряжены шлейфом.

В связи с такой особенностью работы приспособления принято выделять несколько видов тепловых пожарных извещателей:

В конструкции используются легкоплавкие материалы. Изделие обозначается или маркируется соответственно классификации ИП 104, принятой в нормах пожарной безопасности.
Разрушающиеся под влиянием повышенной температуры среды. Они реагируют на температурную деформацию материала, из которого изготовлен датчик. Маркировка – ИП 103.
Датчики, работающие за счет зависимости электрического сопротивления или магнитной индукции, а также термоэлектродвижущей силы, возникающей под воздействием температуры среды – ИП 101/102/105.

Комбинированные – работают за счет разных принципов действия, увеличивая надежность срабатывания теплового извещателя.

Температурные датчики активируются в диапазоне – от 50 до 250 градусов. В зависимости от условий эксплуатации подбирается подходящий тип. Срок использования извещателя составляет 10 лет и более.

При выборе требуется учитывать не просто тип или вид прибора, но и то, что он должен срабатывать при температуре, которая минимум на 20 градусов выше максимально возможной в охраняемой зоне при обычных условиях.

Типы извещателей по реакции

По тому, как активируется чувствительный компонент извещателя, используемый в качестве детектора резкого изменения температуры в охраняемом пространстве, их можно разделить на три группы:

Максимальные отвечают на превышение предписанного порогового значения температуры в помещении, корпусе оборудования, какой-то нише, шкафу, отдельном отсеке.
Дифференциальные отвечают на скорость повышения температуры в охраняемом пространстве. Может срабатывать с разной скоростью, что продиктовано заводскими настройками.
Максимально-дифференциальные – чувствительные датчики, имеющий двойной принцип действия, при котором активация сопряжена со стремительным изменением температуры либо достижением заданного порогового значения. Это самые современные устройства выявления очага возгорания даже по малому, в сравнении с обычными видами изделий, выделению тепла на малой площади возгорания.
Автономные не стали настолько широко применимы, о них отсутствуют упоминания в НПБ 66-97, который описывает требования, методы испытания автономных извещателей о пожаре.

Взрывозащищенные монтируются в помещениях или на участках, где к оборудованию предъявляются повышенные требования безопасности. Предназначены для объектов, где пожар может спровоцировать взрыв – это обычно АЗС и иные объекты химической промышленности.
Адресные подсоединяются к шлейфу ПС и обладают собственным уникальным номером. Срабатывает при резком температурном скачке. Совместно с сигналом тревоги датчик отправляет данные о своем номере.
Линейные выполнены в виде огнеупорного кабеля, который длительное время способен выдерживать повышенную температуру. Монтируются там, где затруднено использование традиционных детекторов. Длина кабеля бывает до 1500 м.

Виды тепловых пожарных извещателей

По чувствительному компоненту все тепловые извещатели можно условно разделить на контактные, механические, оптические и электронные. В помещениях небольших размеров или жилых домах чаще всего монтируются одноразовые устройства, отличающиеся тем, что чувствительный элемент перегорает, поэтому замене не подлежит. В остальных ситуациях их не рекомендовано использовать.

По измерительной зоне принято различать точечные, многоточечные и линейные устройства. Первые используются в случае необходимости контроля небольших зон, вторые предназначены ля складов, цехов и прочих. Многоточечные базируются на том, что датчики размещаются в шлейфы, распределенные по зонам в соответствии с проектом пожарной сигнализации.

Линейные извещатели имеют вид термокабеля, в котором под воздействием температурных изменений меняется сопротивление определенного участка, что становится сигналом для предотвращения опасности. Получается, что формируется необходимая защита помещения в формате линейного контура, при этом прокладка кабеля выполняется по потолку. Его удобно использовать при сильной загазованности помещения, при присутствии в воздухе большого количества пыли.

Контактные

В таком типе пожарных извещателей используется стальной проводник внутри или совокупность из нескольких проводников. Их покрывает особое вещество, которое реагирует на изменение режима температур. Он должен быть легкоплавким. Чувствительный элемент контактного датчика нагревается за счет реакции покрытия при достижении заданной температуры спреды. Происходит замыкание, при этом приемно-контрольным устройством оценивается сопротивление на заданном участке.

С контактными извещателями не сложно работать, они имеют длительный срок эксплуатации. Они легко устанавливаются, не восприимчивы к пыли, влажности. Малый температурный диапазон ограничивает возможности по использованию на конкретных объектах.

Электронные

Извещатели со сложным принципом работы. Внутри используются температурные сенсоры, которые размещены на кабеле на определенном расстоянии. Работаю за счет изменения сопротивления электротока. Контроллером обрабатываются сведения, которые потом транслируются на управляющие устройства системы.

Они имеют определенные преимущества, которые связаны с высокой чувствительностью и малой задержкой срабатывания. Электронные извещатели очень восприимчивы к электромагнитным помехам, но не нуждаются в каких-то особых процедурах при установке и обслуживании. Срабатывают на удалении от контрольно-приемного устройства.

Оптические

В оптическом устройстве важнейшим компонентом стал оптико-волоконный кабель. Из-за повышения температуры окружающей среды меняется его структура, а свет от лазера от него отражается. Контроллером выявляется участок, где произошло температурное изменение.

Устройства можно использовать на удалении от контрольно-приемной аппаратуры на расстояние до 8 км. допускается использование оптических извещателей в системах пожарных сигнализаций в случае возникновения помеха, риска коррозии, загрязнений, повышенной влажности и прочих опасных факторах.

Механические

Базовым компонентом служит термопара. Металлические трубки заполнены сжатым газом. При нагревании до заданного предела меняется давление, и его регистрирует блок управления. Такие извещатели нельзя использовать на удалении от блока управления, поэтому их почти не устанавливают в современных системах пожаротушения.

Монтаж

Для извещателей тепловых используется набор правил по их размещению и числу в системе пожарной сигнализации конкретного помещения. Они устанавливаются в комплексе с извещателями, которые выявляют какие-то иные факторы пожара.

Точечные извещатели обычно размещают под перекрытиями. На стенах их можно установить на расстоянии 0,5 м от углов в отдалении от перекрытий. На выбор места установки влияют параметры помещения. Устройства должны быть надежно закреплены. Выбор места зависит и от воздушных потоков от канализации.

К точечным извещателям требуется обеспечить доступ для технического обслуживания и ремонта.

Допускается монтаж изделий, которые прошли испытания перед выпуском, имеют сертификаты соответствия. Каждый извещатель должен отвечать стандартам и установленным требованиям. Производитель указывает на нем тип и класс, а техническая документация содержит описание подробных характеристик.

классификация, температура срабатывания, ограничения по применению

В середине XIX века появилось новое техническое направление – пожарная сигнализация. Понимая, что своевременное обнаружение пожара во многом определяет успех пожаротушения, этот вид техники стремительно развивался. Первое устройство оповещения о пожаре представляло собой груз, подвешенный на веревке, сгоравший при пожаре.

При этом груз падал, ударял по колоколу, вследствие чего происходило оповещение.

Первый электрический пожарный извещатель был тепловым. Первыми создателями тепловых электрических пожарных извещателей были Фрэнсис Роббинс Аптон и Фернандо Диббл, которые получили патент США (№ 436961) 23 сентября 1890 года. В конструкции извещателя были колокольный купол, электрические батареи, магнит в разомкнутой цепи и термостатическое устройство. Термостатическое устройство регистрировало повышение температуры и замыкало контур между батареей и магнитом. При этом молоточек ударял по колокольному куполу, оповещая присутствующих в помещении о пожаре.

С годами интерес к тепловым пожарным извещателям не стал меньше. На рынке появилось большое количество высокоинтеллектуальных пожарных извещателей, использующих различные принципы обнаружения пожара, но тепловые извещатели совершенствуются вместе с другими.

Современный тепловой пожарный извещатель – это автоматический пожарный извещатель, реагирующий на установленное значение температуры и/или на скорость повышения температуры.

По конфигурации измерительной зоны тепловые извещатели подразделяются на:

точечные;
многоточечные;
линейные.

По характеру реакции на контролируемый признак пожара извещатели подразделяются на:

максимальные;
дифференциальные;
максимально-дифференциальные.

Основной характеристикой максимальных и максимально-дифференциальных извещателей является их температурный класс. Температурные классы, согласно ГОСТ 53325-2012 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Класс извещателя	Температура среды, °C		Температура срабатывания, °C
Класс извещателя	условно нормальная	максимальная нормальная	минимальная	максимальная
A1	25	50	54	65
A2	25	50	54	70
A3	35	60	64	76
B	40	65	69	85
C	55	80	84	100
D	70	95	99	115
E	85	110	114	130
F	100	125	129	145
G	115	140	144	160
H	Указывается в ТД на извещатели конкретных типов

Не менее важный параметр, влияющий на скорость обнаружения пожара, и в то же время исключающий ложные срабатывания – это время срабатывания максимальных пожарных извещателей при повышении температуры от условно нормальной до температуры срабатывания.

Данное время должно находиться в пределах, определяемых классом извещателя, в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2

Скорость повышения температуры, °C/мин	Время срабатывания, с
	минимальное	максимальное
Извещатели максимальные класса A1
1	1740	2420
3	580	820
5	348	500
10	174	260
20	87	140
30	58	100
Извещатели максимальные классов A2, A3, B, C, D, E, F, G
1	1740	2760
3	580	960
5	348	600
10	174	329
20	87	192
30	58	144

Время срабатывания дифференциальных и максимально-дифференциальных извещателей при повышении температуры от +25 °C должно находиться в пределах, указанных в таблице 3.

Таблица 3

Скорость повышения температуры, °C/мин	Время срабатывания, с
	минимальное	максимальное
5	120	500
10	60	242
20	30	130
30	20	100

Время срабатывания теплового извещателя должно находиться в пределах, указанных в таблицах 2 и 3, при любом положении его по отношению к направлению воздушного потока.

Все эти требования относятся как к извещателям пожарным тепловым в обычном исполнении, так и к извещателям для особых условий эксплуатации и взрывозащищенных извещателей.

Тепловые пожарные извещатели не должны быть источником воспламенения, находясь во взрывоопасной зоне. Для выполнения этого пункта принимаются различные конструктивные меры, ограничивающие или исключающие воспламенение взрывоопасной смеси.

В зависимости от области и зоны применения взрывозащищенные тепловые извещатели различают по виду взрывозащиты:

извещатели с искробезопасной электрической цепью «i»;

извещатели во взрывонепроницаемой оболочке «d»;

извещатели с герметизацией цепей компаундом «m».

Отдельно в линейке точечных взрывозащищенных тепловых извещателей стоят извещатели резервуарного типа. Данные извещатели конструктивно состоят из корпуса и трубчатого чувствительного элемента с термочувствительным сенсором на конце. Извещатели монтируются на резервуаре (на крышке горловины или люка). При этом корпус извещателя располагается снаружи, а чувствительный элемент вводится внутрь резервуара. Шлейфы сигнализации подводятся к такому извещателю в трубах или бронированным кабелем.

Спектрон-101-Р-Exd и Спектрон-101-Т-Р-Exd максимально обеспечивают потребности нашей промышленности в извещателях пожарных тепловых.

Эта разработка была награждена дипломом в ходе участия в 23ей международной выставке «Охрана, безопасность и противопожарная защита» на профессиональном конкурсе «Эталон Безопасности». За безопасность, за универсальность за удобство эксплуатации.

Извещатели имеют два современных цифровых градусника, и плюс к этому информация от них в режиме реального времени поступает на процессор, который также имеет встроенный внутренний градусник, по этим трем точкам идет анализ изменения температуры.

Спектрон-101-Р-Exd – характер реакции извещателя – максимальный, максимально-дифференциальный или дифференциальный, работает в двухпроводных шлейфах сигнализации с возможностью выбора пользователем температурного класса от А1 до Е. Спектрон-101-Т-Р-Exd — программируемый извещатель с функцией самотестирования, работающий в двух-или четырехпроводных шлейфах сигнализации. Возможна настройка извещателя Спектрон-101 пользователем на максимальный, дифференциальный или максимально-дифференциальный режим работы с возможностью выбора температурного класса, путем простой смены резистора, или установкой перемычки.

Извещатель проводит самоконтроль всей внутренней электрической схемы один раз в секунду и в случае обнаружения неисправности выдаёт индикацию и передаёт информацию на приемо-контрольный прибор, причем эта функция доступна в 2-х и 4-х проводном ШС. За счет самоконтроля повышается надежность системы ОПС на объекте. Функция самотестирования позволяет сократить затраты на проведение периодических проверок, дает возможность исключить расходы на дополнительное дорогостоящее оборудование для проверки тепловых извещателей.

Если для проверки извещателей других производителей требуется демонтаж и проверка работоспособности в лабораторных условиях, либо использовать иные методы тестирования, что не просто в условиях взрывоопасных производств, то в случае с применением тепловых извещателей «Спектрон» оснащенных функцией самотестирования, достаточно проконтролировать состояние световой индикации («Дежурный», «Пожар» или «Неисправность»). При неисправности внутренних цепей извещатель сформирует сигнал на ППКП.

Благодаря функции самотестирования можно применять тепловые извещатели Спектрон-101 один вместо двух (в системах без автоматического управления) и два вместо трех (в системах с управлением ПТ и другим инженерным оборудованием в автоматическом режиме), что позволяет существенно сократить затраты на монтаж и обслуживание систем ПС.

Опционально доступен универсальный монтажный кронштейн Спектрон-К-05 для крепления к стенам, потолку и другим опорам.

В конструкции тепловых извещателей «Спектрон» используются неокисляющиеся нажимные клеммы WAGO, которые позволяют произвести простое и надежное подключение в ШС.

Выносной чувствительный элемент из нержавеющей стали обеспечивает возможность длительной эксплуатации без коррозии и других разрушающих факторов. Срок службы приборов составляет не менее 10 лет. Извещатели пожарные тепловые точечные производства НПО «Спектрон» успешно эксплуатируются и применяются для защиты резервуаров, цистерн, трубопроводов с газом, нефтью и продуктами их переработки.

Взрывозащищенные тепловые извещатели Спектрон-101-Т-Р-Exd-Н в корпусе из специальной нержавеющей стали российского производства 12Х18Н10Т имеют расширенную маркировку взрывозащиты РВ. Успешно эксплуатируются на объектах с возможным воздействием агрессивных и сверхагрессивных химическими сред — химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и добывающей промышленности. При этом все тепловые взрывозащищенные извещатели «Спектрон» обладают максимальной степенью защиты оболочкой IP68 по ГОСТ 14254-96.

Тепловой взрывозащищенный извещатель нового поколения С2000-Спектрон-101-Т-Р, разработан совместно с компанией «Болид», для работы в адресной системе «Орион». Возможность применения извещателей в двухпроводной линии связи, без дополнительных аналоговых устройств позволяет сократить затраты, обеспечить удобство эксплуатации, высокую надежность и информативность систем ПС.

Извещатели быстро и автоматически срабатывают на тепловые проявления очага возгорания и являются одними из самых востребованных устройств для обнаружения пожара. Однако, существуют ограничения по применению тепловых извещателей:

Зона для работы одного устройства не превышает двадцать пять квадратных метров.
Максимальная высота потолка для такого устройства равняется двум с половиной метрам.
Тепловой извещатель реагирует именно на разницу температур и посылает сигнал только при определенном росте температуры.

Как работают датчики температуры?

Как работают датчики температуры? Это устройства для измерения температуры с помощью электрических сигналов. Датчик состоит из двух металлов, которые генерируют электрическое напряжение или сопротивление, когда замечают изменение температуры. Датчик температуры играет решающую роль в поддержании определенной температуры в любом оборудовании, используемом для производства чего угодно, от лекарств до пива. Для производства контента такого типа точность и быстрота реагирования на температуру и температурный контроль имеют решающее значение для обеспечения идеального качества конечного продукта. Температура является наиболее распространенным физическим типом измерения в промышленных приложениях. Точные измерения жизненно важны для обеспечения успеха этих процессов. Есть много не столь очевидных приложений, в которых используются датчики температуры. Плавление шоколада, использование доменной печи, управление воздушным шаром, замораживание веществ в лаборатории, управление автомобилем и обжиг печи.

Датчики температуры бывают разных форм, которые используются для разных методов управления температурой. Существует две категории датчиков температуры: контактные и бесконтактные. Контактные датчики используются в основном во взрывоопасных зонах.

Ниже приведены контактные датчики температуры:

Датчик температуры сопротивления (RTD) известен как термометр сопротивления и измеряет температуру по сопротивлению элемента RTD с температурой. Металл может быть изготовлен из различных материалов, включая платину, никель или медь. Однако платина является наиболее точной и, следовательно, имеет более высокую стоимость.

Термопара представляет собой датчик, состоящий из двух проводов из двух разных металлов, соединенных в двух точках. Напряжение между двумя проводами отражает изменение температуры. Хотя точность может быть немного ниже, чем у RTD, они имеют самый широкий диапазон температур от -200 ° C до 1750 ° C и, как правило, более экономичны.

Термистор показывает точное, предсказуемое и значительное изменение различных температур. Это большое изменение означает, что температуры отражаются очень быстро, но также очень точно. При таком большом и быстродействующем термисторе NTC действительно требуется линеаризация, поэтому здесь задействована некоторая математика.

Обычно, когда мы думаем о температуре, мы думаем о термометре, особенно о стеклянной трубке, наполненной ртутью. Тем не менее, существует несколько типов термометров: Стеклянный термометр: как указано выше, стеклянная трубка из ртути/этанола. Этанол в настоящее время является основной жидкостью, используемой в этих термометрах.
Биметаллический термометр: этот тип термометра состоит из присоединенного манометра и стержня. Наконечник датчика имеет пружину, прикрепленную к стержню, ведущему к стрелке датчика. Пружина находится внутри чувствительного конца штока. Когда на сенсорную катушку подается тепло, в катушке создается движение, которое заставляет двигаться стрелку датчика, таким образом отображая температуру.
Газонаполненный и жидкостный термометр: Принцип работы этих термометров аналогичен. Есть колба, наполненная газом или жидкостью. Он расположен внутри чувствительного конца зонда. При нагревании газ расширяется/жидкость нагревается, что сигнализирует прикрепленному стержню о перемещении стрелки до измеряемой температуры. Цифровой термометр
: в цифровом термометре используется датчик, такой как термопара или датчик температуры сопротивления (RTD). Температура измеряется с помощью зонда (чувствительный конец) и отображается в виде цифрового показания.

Ниже приведен Бесконтактный датчик температуры

Инфракрасные датчики определяют температуру на расстоянии, измеряя тепловое излучение, испускаемое объектом или источником тепла. Они часто применяются при высоких температурах или в опасных средах, где вам необходимо соблюдать безопасное расстояние от определенного тела. Тепловизионные и инфракрасные датчики являются наиболее распространенным типом бесконтактных датчиков температуры и используются в следующих случаях: Обнаружение лихорадки или когда целевой объект движется (например, на конвейерной ленте или внутри движущегося оборудования), если на большом расстоянии, если окружающая среда опасна (например, высокое напряжение) или при экстремально высоких температурах, когда контактный датчик не будет работать должным образом.

Чтобы упростить, датчик температуры делает именно это, он определяет температуру любого содержимого, которое необходимо измерить, будь то твердые вещества, жидкости или газы.

Как работают датчики тепла?

••• nikkytok/iStock/Getty Images

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Автор: Сэм Морган работа. На самом деле датчики измеряют количество атомной активности внутри объекта. Это то, что мы считаем температурой объекта.

Частицы и тепло

Измерение, известное как «абсолютный нуль», описывает состояние материи, при котором внутри объекта нет никакого движения, даже на субатомном уровне. Это самое холодное состояние вещества. Как только объект нагревается, частицы внутри него начинают двигаться. Тепловые датчики могут улавливать это движение и измерять его, что может быть преобразовано в температуру.

Типы датчиков

Два основных типа тепловых датчиков — это традиционные датчики и более современные датчики на основе кремния. Старые датчики часто состоят из устройств, известных как термопары. Термопара состоит из двух металлов, сваренных между собой. Каждая свариваемая деталь называется соединением. Затем один стык двух разнородных металлов подвергается эталонной температуре, например, нулю градусов Цельсия. Другое соединение металлов будет иметь температуру, которую вы хотите измерить. Разница между величиной возбуждения частиц в каждом металле вызывает появление электрического тока. Затем вы можете измерить электрическое поле, чтобы определить температуру, потому что напряжение будет зависеть от температуры. Это называется эффектом Зеебека.

Преимущества кремниевых датчиков температуры

Кремниевые датчики температуры представляют собой интегральные схемы. Для работы старых датчиков часто требуется компенсация или буфер. Кремниевые датчики могут обрабатывать сигналы в блоке, интегрированном с датчиком. Электричество проходит через кремний, и результирующее взаимодействие между электричеством и частицами металла указывает на температуру. Это означает, что они могут работать в гораздо более широком диапазоне температур, чем традиционные датчики, которым требуется компенсатор, в диапазоне от 155 до -55 градусов.