【文章內(nèi)容簡介】 阻率便發(fā)生變化。半導體可燃氣體探測器要用靈敏度較高的氣敏半導體元件，它在工作狀態(tài)時，遇到可燃氣體，半導體電阻下降，下降值與可燃氣體濃度有對應關(guān)系。 6)復合式火災探測器 ： 復合式火災探測器是對兩種或兩種以上火災參數(shù)響應的探測器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式 。 火災探測器的選擇 1)根據(jù)火災的特點選擇探測器 ： 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 5 a)火災初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量熱，很小或沒有火焰輻射，應 選用感煙探測器。 b)火災發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器或其組合。 c)火災發(fā)展迅速、有強烈的火焰輻射和少量煙和熱、應選用火焰探測器。 d)火災形成特點不可預料，可進行模擬試驗，根據(jù)試驗結(jié)果選擇探測器。 2)根據(jù)安裝場所環(huán)境特征選擇探測器 ： a)相對濕度長期大于 95%，氣流速度大于 5m/s，有大量粉塵、水霧滯留，可能產(chǎn)生腐蝕性氣體，在正常情況下有煙滯留，產(chǎn)生醇類、醚類、酮類等有機物質(zhì)的場所，不宜選用離子感煙探測器。 b)可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災不及早報警將造成 重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在 0℃ 以下的場所，不宜選用定溫探測器 ； 正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。 c)有下列情形的場所，不宜選用火焰探測器： ① 可能發(fā)生無焰火災； ② 在火焰出現(xiàn)前有濃煙擴散； ③ 探測器的鏡頭易被污染； ④ 探測器的 “ 視線 ” 易被遮擋； ⑤ 探測器易被陽光或其他光源直接或間接照射； ⑥ 在正常情況下，有明火作業(yè)以及 X射線、弧光等影響。 3)根據(jù)房間高度選擇探測器 在不同高度的房間設置火災探測器時可參照 表 21的規(guī)定 ： 表 21 點型感煙、感溫火災探測器的實用高度 房間高 度 (m) 感煙探測器 感 溫 探 測 器 一 級 二 級 三 級 12h? 20 不適合 不適合 不適合 不適合 8h? 12 適 合 不適合 不適合 不適合 6h? 8 適 合 適 合 不適合 不適合 4h? 6 適 合 適 合 適 合 不適合 h? 4 適 合 適 合 適 合 適 合 陜西科技大學畢業(yè)論文 6 總之，探測器選擇應根據(jù)實際環(huán)境情況選擇合適的探測器，以達到及時、準確報警的目的。 綜合考慮使用場所、成本等因素，選擇感煙式火災探測器 和 感溫探測器 DS18B20。 火災探測器的設置 1) 探測區(qū)域內(nèi)每個房間至少應布置一只火災探測器。 2) 感煙探測器、感溫探測器的保護面積和保護半徑應該滿足表 22 的規(guī)定 ： 表 22 感煙、感溫探測器的保護面積和保護半徑 火 災 探測 器 的 種類 地面 面積 S（ m2 ） 房間高度h(m) 一只探測器的保護面積 A和保護半徑 R 房 間 坡 度 θ 15?? 15 30??? 30?? A（ 2m ） R(m ) A（ 2m ） R(m ) A（ 2m ） R(m ) 感 煙 探測器 S≤80 h≤12 80 80 80 S80 6h≤12 80 100 120 h≤6 60 80 100 感 溫 探測器 S≤30 h≤8 30 30 30 S30 h≤8 20 30 40 3) 一個探測區(qū)域內(nèi)所需設置的探測器數(shù)量，應由下式計算： N ASK? ? (21) 式中： N— 一個探測區(qū)域所需設置的探測器數(shù)量 (只 )， N? 1(取整數(shù) )； S— 一個探測區(qū)域的面積 (m2)； A— 一個探測器的保護面積； K— 修正系數(shù)，重點保護建筑 K 取 ～ ，普通保護建筑 K 取 。 4) 在寬度小于 3m以內(nèi)的走廊頂棚上設置探測器時宜居中布置。感溫探測器的安裝間距 L 不應超過 10m，感煙探測器的安裝間距 L 不應超過 15m，探測器至端墻的距離不應大于探測器間距的 1/2。 5) 探測 器至墻壁、梁的水平距離不應小于 ，并且探測器的周圍 遮擋物。 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 7 6) 房間被書架、隔斷、設備等分隔且至頂棚或梁的距離小于房間凈高 5％時，則每個被格開的部分至少安裝一只探測器。 7) 探測器宜水平安裝，如必須傾斜安裝時，傾斜角不應大于 45176。， 當屋頂坡度θ大于 45176。 時，應加木臺或類似方法安裝探測器。 煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣 體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機 完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 煙霧傳感器介紹 1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： a)利用物理化學性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。 b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。 c)利用電化學性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣 體傳感器等。 2)煙霧傳感器應滿 足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： a)能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應或低響應； b)對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度； c)對檢測信號響應速度快，重復性好； d)長期工作穩(wěn)定性好； e)使用壽命長； f)制造成本低，使用與維護方便。 3)常見煙霧傳感器簡介 下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹 ： a)半導體煙霧傳感器 半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器。自 1962 年半導體金屬氧化物煙霧傳陜西科技大學畢業(yè)論文 8 感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快、輸出信號強、耐久性強、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。 b)固體電解質(zhì)煙霧傳感器 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動 勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導體煙霧傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。 c)接觸燃燒式傳感器 當易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲 (也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層 )，使用時將鉑絲通電，保持 300℃ ~400℃ 的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在 稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。 d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速 度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好， 且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。 e)電化學傳感器 電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大約兩年 )。它主要適用于毒性煙霧檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 f)熱傳導傳感器 熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標煙霧中，由于向目標煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起 電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。溫度的變化情況是目標煙霧熱傳導率的函數(shù)，而對于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導率是它固有的物理特性。 g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標煙基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 9 霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個正比于目標煙霧濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器 NDIR (nondispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記 錄下來。 不同的煙霧吸收不同波長的 IR，所以傳感器根據(jù)目標煙霧而調(diào)整，典型應用包括測量 CO 和 CO冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃煙霧 (如氫 )不吸收電磁譜中 IR 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。 4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類 由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如 O CO H Cl SO2等。表 23 簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類煙霧傳感器及其可檢測的氣體種類。 表 23 各種煙霧傳感器可檢測的煙霧種類 傳感器種類 CO 2CO 2HS 3NH HCN HCl 2COCl 2ClNOX 半導體氣體傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ 固體電解質(zhì)傳感器 ○ 接觸燃燒式傳感器 電化學式傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ 高分子電解質(zhì)氣體傳感器 ○ ○ 陜西科技大學畢業(yè)論文 10 注：○好 ◎不太好 煙霧傳感器的選定 煙霧檢測報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測煙霧 種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導體煙霧傳感器。 使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。 阻緩是當在煙 霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中 毒， 以致靈敏度很快就喪失。當懷疑檢測環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。 因此，經(jīng)常對傳感 器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。 半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單 、 使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn)定性 (使用壽命 )。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。因此，設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。 在這個設計中采用 NIS09C型離子感煙傳感器。 離子式感煙傳感器 NIS09C 的簡介 1)離子感煙傳感器的組成 常見的離子感煙傳感器主要由內(nèi)外兩個電離室為主構(gòu)成。外電離室 (即檢測室 )有孔與外界相通，煙霧可以從該孔進入傳感器內(nèi)；內(nèi)電離室 (即補償室 )是密封的，煙霧不會進 入。內(nèi)外兩個電離室是串聯(lián)的。如圖 22 所示。 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 11 外 電 離 室內(nèi) 電 離 室EA0V R P