火灾自动报警系统中的探测器，本文主要内容关键词为：探测器论文,火灾论文,报警系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在步入大型商场、会议中心、宾馆或写字楼、医院等公共场所时，我们常常可以看见天花板上悬挂着如图1和图2所示的物体或类似的物体.夜晚，我们还可以看见，有些天花板上不时有红光闪烁.
它们是什么呢？这就是现代化建筑的火灾监视员——火灾报警系统的探测器，时刻在为建筑物的防火、探查火情值班站岗.
图1 常见的防火探测器
图1所示的防火探测器为点式感烟探测器或感温探测器.图2是喷淋式报警灭火探测器：上面红颜色的小玻璃管，是定温型报警和快速灭火的水喷淋头.它们与探测系统综合使用，是我国目前使用比较广泛的火灾自动报警系统.
图2 喷淋式报警灭火探头
火灾自动报警系统是把测量空间的烟雾作为报告火警现场的参数的.在了解火灾自动报警系统是怎样报警之前，我们首先了解火灾的发生要经历怎样的过程.
一、发生火灾经历怎样的过程
物质在大气中的燃烧是一种复杂的化学和物理过程.发生于建筑物内的火灾，许多是由于固体物质着火造成的，通常，火灾都是从某一个物体发热开始.火从点源开始到发展成火灾，一般要经历四个阶段，图3为一般火灾形成和发展的四个阶段变化示意图.
图3 火灾形成的四个阶段
1.早期阶段.
这个阶段，从可燃物发热开始.这个时期可燃物的发热还比较少.产生不可见的气体和燃烧生成物——烟雾.烟雾一般由很细小的颗粒和一氧化碳、二氧化碳等气体组成.
2.大量烟雾发生阶段.
这个阶段有大量的可见烟雾生成.构成烟雾的颗粒较前一段的要大，发热量也更大一些，因烟雾和燃烧所释放的气体比周围的空气温度高，形成上升气流，这进一步加速了烟雾与气溶胶的传播.
此时此刻尚未出现明火，主要是产生烟雾，仍然处于火灾的初期阶段.
3.出现明火和大量放热阶段.
在这个阶段，燃烧现场的温度不断上升，并有大量的可燃性气体释放，有明显的火焰，现场的温度较高，火情在蔓延，有大量物体燃烧.这时明火较多，但是烟雾量较前一阶段要少一些.
4.高温与剧烈燃烧阶段.
这是非常危险的阶段，既可以使万贯家财、整个楼宇瞬时付之一炬，又会使火四处蔓延，形成火灾.
在火灾发生过程中，从第一阶段、第二阶段到第三阶段，一般需要几分钟到几十分钟，如果能在火灾发生的初期报出现场火情，就能获得宝贵的救火时间.因此，在火灾发生初期，人们需要获得警报并且采取措施，以达到灭灾或减灾的目的.
二、火灾探测器是如何感知现场火情的
目前，广泛应用于火灾报警系统的探测器（图1）为点式探测器，俗称探头，主要有感烟式和感温式的两种，此外还有火焰式的、气体的或者复合式的.
（一）感烟式探头
感烟探头主要有两种：一种是离子感烟探头；一种是光电感烟探头.
1.离子感烟探头.
20世纪40年代由瑞士人发现：受到烟雾的影响，电离后的离子电流会减小.根据这个原理，人们发明了离子感烟探测器.离子感烟探测器可以根据所监视处空间的烟雾变化，感知现场发生火灾的可能，有效地报告现场的火情.那么，电离电流是怎么产生的呢？
我们知道，所有的放射性元素都产生射线.在三种射线α、β、γ中，α射线电离能力最强，因此α射线被人们选中用于离子感烟探头.在离子感烟探头中，有一个放射性源，它的放射性核素为镅-241.镅-241半衰期较长、成本较低，能产生α射线.如图4所示，放射源发出α射线可以在一定的空间产生电离作用.在发生电离作用的空间两端.有一对加了直流电压的电极板.在电场的作用下，由电离所产生的正负离子各向极性相反的方向运动，就形成了电离电流.尽管电离电流很小，还是能够被微电流计测量出来.
图4 电离电流的形成示意图
感烟探头的核心器件是电离室.在电场作用下，因有放射源的存在，在空气中产生电离电流.电离电流产生的空间，是特别设计加工制造的金属做的空间——测量小室，这就是电离室。从结构上来分，电离室有双源双室和单源双室的两种.
在火灾探测器中，电离室为测量烟雾提供信息.电离室工作在欧姆定律区域，它的等效电路如图5所示.图中的只R（s）为电离室在电路上的等效阻抗，在电路上还串联着一个电阻R.我们可以把因电离电流变化所带来的在R（s）的电压变化测量出来.这样，根据电压的变化，就可以掌握进入到电离室内的烟雾情况：当R（s）上的电压变化到某一设定值时，即可断定有不正常量的烟雾进入了电离室，经电路告知控制系统，查明烟雾产生的背景，再进一步断定R（s）上的电压变化是否由现场火情所引发的.
图5 等效电路的示意图
2.光电感烟探头.
随着科学技术的进步，在20世纪70年代后期，科学技术人员又开发了用光电探测烟雾的方法.用光电探测烟雾应用了烟雾的小颗粒对光的散射效应.与离子感烟探测器相比较，在光电烟雾探测器中没有那令人谈虎色变的放射性核素做的放射源，取而代之的是一个小型的稳定电光源.光电感烟探头内有迷宫设计，使电光源发出的光不能直接照射到内置的测光器上，只有当烟雾进入到测量小室时，因为烟雾中的小颗粒对光的散射作用，使测光器接收到光的信号.再由电路把这个信号放大处理后，报知主控器，并经过核实，在确认测到的烟雾是由火情产生，就通过报警系统，达到预报火情的功效.
（二）感温式探头
从火场发展过程的四个阶段来看，温度升高发生在第二到第三阶段期间.如果能在此期间得知温度升高的信息，在现场酿成火灾前仍能获得极其宝贵的短暂时间.感温探头就是按照探知现场有不正常的温度升高来报告火情的.
最早的感温探测器是19世纪后期在英国首先研制成功的.感温探头的核心是感温器件，感温探头的种类很多，通常有双金属片、易熔合金、低熔点塑料、水银触点、半导体材料、热敏电阻、玻璃管（球）、热电偶和空气压力膜盒等.这里介绍三种最常用的感温探头.
1.压力膜盒式探头.
空气压力膜盒探头是用来感知现场温度急剧变化的.它只在现场发生急剧温度升高的条件下才能动作发出报警信号，因此，它又被称为温差火灾探测器.空气压力膜盒探头的外表是一个金属盒，由膜片盒、气塞孔和热触点组成.金属盒内有一个感温室.平时，感温室的空气可以通过气塞孔泄漏出来，当温度急剧升高时（Δt＞8℃），感温室内的空气迅速膨胀，由于来不及泄漏，致使金属膜片被顶起，于是接通触点，发出报警信号，报知现场有不正常的温升.
在联动消防报警系统中，这种探头经常是与感烟探头联用，以双重信号确认现场火情，减少误报.在大型商场内的卷帘防火门两侧，它们常常是两个一组地同时使用，监视现场是否会发生火情.
2.喷淋探头.
在公共场所，悬挂在天花板上带有红色小玻璃管（图2）的装置，就是水喷淋报警与灭火探头，简称为喷淋探头.喷淋探头安装在有一定压力的水路系统中.在没有火情的条件下，它静静地高悬在天花板上.一旦现场有了不正常的温度升高，因玻璃与金属材料的热胀系数不一样，玻璃管会自行爆裂开来，并有大量的水喷射而出，自动用于现场灭火.一般设置临界温度约为68℃，这时安装在水路系统主管线上的水流指示器感知到管路中有水在外流，随即给主控制器发出报警信号，报告现场可能有火情发生，报警工作随即完成.
3.其他感温探头.
其他感温元器件材料有双金属片、半导体材料、热敏电阻等，这些材料在特定的温度下，都能产生动作或发出信号.其定温的范围一般为70℃左右，动作信号经放大器放大和处理再向总控室报知，它们的现场警戒范围内有54～78℃的温度发生.这些感温探头适用于环境温度变化不大或者环境温度较高的场所，如宾馆的厨房等.目前，在用的感温探头以热敏电阻元件占多数.
（三）新型的探测器在发展
一种新型的探测器，叫做高灵敏度吸气式感烟火灾探测器.主要结构由五部分构成：
（1）从各监视点到总控室的管道网与抽气泵；
（2）管道空气流速控制电路；
（3）烟粒子或不可见燃烧气体测定仪；
（4）信号处理电路；
（5）报警信号显示电路.
这种探测器的优点是：
（1）对监测现场用抽取空气样品的方法，主动地进行烟粒子或燃烧生成气体的探测（其他探测器则是被动探测）；
（2）采用特殊设计的检测器，其灵敏度比普通感烟探测器提高了许多倍；
（3）在火灾现场发生的第一个阶段就能探知火情，比感烟、感温探头能更早发出火警预报.
这种探测器一般应用于资料室、档案库和图书馆书库等特定的场所.
除上述的火灾探测器外，还有一氧化碳火灾探测器等，它们的技术正在日趋完善.
三、火灾探测器是人类聪明才智的结晶
俗话说“水火无情”.据初步统计，在我国城市中火灾的频发已呈严重之势.据报道，仅北京地区2002年1月上旬统计，平均每天接火警达42次之多.这比上世纪90年代同期接火警的平均值增加了一倍多.不言而喻，火灾已经成为我国城市的主要灾害之一.人们期待着，能在火灾发生的早期就能及时地发现并把它扑灭，或采取一定的措施尽可能地减少火灾带来的损失.因此，消防主管部门发出强制性指令，要求在较为重要的公共场所一定要设置火灾自动报警系统.
火灾探测器从19世纪40年代开始使用到现在，经历了五个重要的发展阶段.现在，新的火灾探测器正在研制中.开发激光和主动式空气采样测定技术的报警系统，并采用“人工神经网络”算法，全方位地判断现场发送过来的火灾信号的真伪，以进一步降低误报率，接近0误报，来确保系统的高灵敏度和可靠性.
综上所述，我们看到，物理学的基本原理被巧妙地用于火灾自动报警系统中，无论是离子感烟或光电感烟火灾探测器，还是感温火灾探测器和水喷淋火灾探测与灭火器，都发抨着科学服务于人类的作用.从火灾探测器的使用和发展上，我们看到物理学与人们实际需求的结合，体现了人类的聪明才智，巧哉妙哉！
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