Пожарные датчики

В этой статье будут рассмотрены такие виды датчиков для пожарной сигнализации, как датчики температуры и датчики тепла (теплового излучения).

1 Разрушаемые датчики температуры

Простейшей реализацией датчика высокой температуры (одноразового) является схема с расплавляющимся проводником. Наилучшим решением для этого является металл галлий, так как он плавится при температуре 29.8 градусов по Цельсию. Для открытых площадей это не подходит (летом металл расплавится), но внутри здания обычно температура не превышает этого значения. Так же избежать ложных срабатываний поможет установка датчиков выше окон, что повлияет и на эффективность реагирования – если на высоте 2-3 метра температура превысила 30 градусов, то, скорее всего, на полу комнаты уже пожар (горит мебель, станки и т. д.).

Принцип работы такого датчика предельно простой. На плоскую поверхность ложится 2 контакта и между ними – кусок металла. Между контактами подается напряжение, но цепь между ними разорвана. При расплавлении металл растекается, но сохраняет высокую проводимость. Когда лужица металла покрывает оба контакта, то между ними возникает ток. Замыкание цепи можно зафиксировать по наличию тока или спад напряжения на этом участке.

2 Датчики температуры на измерении проводимости

Для работы этих типов датчиков можно использовать 2 принципиально разных вида зависимости проводимости от температуры. У металлов с ростом температуры падает проводимость, то есть растет сопротивление. Такой датчик может измерять температуру в широких пределах, но при этом требуется точная градуировка (с применением более точных методов измерения температуры).

Полупроводники и диэлектрики повышают свою проводимость при росте температуры. Это связано с тем, что в них с ростом температуры растет концентрация свободных носителей заряда.

В чистых полупроводниках концентрация носителей растет с ростом температуры по закону:

n=n0 /(1 + exp{E/(kT)}),

где E – энергия носителя относительно химического потенциала. В приближении малых температур (для полупроводников типа кремния и германия низкой можно считать температуру до 80% и 50% абсолютной температуры плавления, соответственно) можно считать экспоненциальной зависимость концентрации носителей от обратной температуры.

На практике такой диапазон рабочих температур недостижим, так как проводники типа меди (обычные провода в элетронике) уже приближаются к температуре плавления. Зависимость проводимости σ от концентрации носителей n выражается формулой

σ = nqu,

где q – заряд носителя, а u – их подвижность. Величина подвижности носителей также зависит от температуры.

3 Пироэлектрические датчики

Пироэлектрические кристаллы – вещества, в которых при нагреве возникает разница потенциалов (например – турмалин). Кроме непосредственного измерения потенциала вольтметром возможно применение в схеме с полевым транзистором.

Для нагрева кристалла необходимо обеспечить чувствительность его поверхности к излучению тела, нагретого до температуры около 100 градусов Цельсия. Спектр излучения тела с температурой 115 градусов имеет максимум около длины волны 7.5 мкм, а например при температуре 425 градусов мощность излучения существенно растет.

Датчики ИК излучения в области длин волн 8-12 мкм могут быть использованы для обнаружения объектов с температурой выше, чем у окружающего воздуха (людей). Непосредственное восприятие ИК излучения удаленного объекта так же может быть частью системы пожарной сигнализации.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *