Ранно откриване на пожари. Адресируеми аналогови системи - ранно откриване на пожар Ранно откриване на пожар комплексна защита на обекти

Както знаете, един ден престой в центъра за данни струва десетки или дори стотици милиони долари. За непрекъсната работа центърът за данни трябва да бъде защитен от много опасности, включително пожар. В големите американски и европейски центрове за данни за тази цел активно се използват аспирационни системи за ранно откриване на пожари.

Центърът за данни е високотехнологично съоръжение, което консумира повече електроенергия от типичен офис. Важно изискванеза центрове за данни - поддържане на определена температура на въздуха в помещението. За целта служи специална климатична система, която създава вътрешни въздушни потоци между и вътре в стелажите, осигуряващи отвеждане на излишната топлина и комфортна температура за работа на оборудването.

Такава сложна климатична система изисква специален подход към пожароизвестяването. Факт е, че при наличие на силни въздушни течения конвенционалните пожароизвестители са неефективни за откриване на дим или топлинно излъчване. Димът, задвижван от въздушни течения, не може да влезе в димната камера на детектора. И ако попадне в камерата, тогава до този момент е достигната максималната концентрация на дим в помещението, така че при задействане на детектора разпространението на огъня вече е неизбежно. Ето защо съвременните центрове за данни използват активни аспирационни системи пожароизвестяване.

В момента аспирационните пожароизвестителни системи се произвеждат само в чужбина; основните им производители са Bosch, Safe Fire Detection, Securiton, System Sensor и Xtralis (притежава марките оборудване Vesda и Icam, като последната беше закупена наскоро от нея).

Системи от този клас, например Vesda и Icam от Xtralis, Titanus от Bosch Security или аспирационни детекториСистемни сензори на едноименната компания вече се използват в много страни по света в съоръжения от този тип, включително в Русия.

Принцип на действие

Аспирационните системи са системи за ранно откриване на пожар. По правило те имат модулна архитектура, която позволява адаптирането на системата към специфични условия на работа и оформление на сградата. Основните компоненти на такава система са тръбопровод за изтегляне на въздух от контролираната зона и самият детектор, който може да бъде поставен навсякъде във или извън охраняваното помещение.

Като тръбопроводи обикновено се използват PVC тръби. С помощта на адаптери, ъгли, тройници и други аксесоари можете да създадете гъвкави мрежи от тръбопроводи за всмукване на въздух, като вземете предвид характеристиките на всяка отделна стая. В този случай аспирационният детектор сам създава вакуум в тръбопроводната система, за да осигури непрекъснато поемане на въздух от наблюдаваната зона през специално направени отвори. Тези активно произведени проби от въздух преминават през камера за откриване, където се тестват за съдържание на димни частици. В допълнение, например, в системата VESDA, прахът и замърсителите първо се отстраняват от въздушната проба с помощта на вграден филтър и след това пробата се подава в камерата на аспирационния детектор. Това предотвратява замърсяване на оптичните повърхности на камерата.

Въздушната проба влиза в калибрирана камера в детектора, където през нея преминава лазерен лъч. Когато във въздуха има частици дим, светлината се разпръсква в камерата и незабавно се открива от високочувствителната приемна система (фиг. 1). След това сигналът се обработва и показва на лентов графичен дисплей, индикатори за праг на аларма и/или графичен дисплей. Чувствителността на детектора може да се регулира и въздушният поток се следи непрекъснато откриване на повреда на тръбопровода.

Аспирационните детектори условно се разделят на две категории. Първият е детектор тип PIB (Point in the box), в който като камера за откриване се използват конвенционални високочувствителни датчици за дим, например ASD-Pro или LASD от System Sensor с чувствителност от 0,03 до 3,33%/m. Втората група са аспирационни детектори като VESDA, Icam или Titanus, които имат собствени вградени димни детектори с диапазон на чувствителност от 0,005 до 20%/m за VESDA, от 0,001 до 20%/m за Icam и от 0,05 до 10%/m m при Titanus. Ще разгледаме само детектори от втората група, тъй като те имат най-голям диапазон на чувствителност в сравнение с PIB, което позволява да се открие пожар на етапа на топене на проводника и да се зададе най-високият праг за стартиране на газова пожарогасителна система в помещенията на центъра за данни .

Характеристики и предимства

Класическите пожароизвестителни системи не се включват, докато няма тлеене или пожар. На този етап от пожара борбата с огъня става трудна. Най-важното предимство на аспирационните системи е, че те откриват зараждащи се пожари и осигуряват ранно предупреждение за пожар. Интелигентният процесор на камерата за откриване на дим анализира получените данни и решава дали те съответстват на типични модели на пожар. При което външни фактори, които могат да причинят фалшиви положителни резултати, се потискат.

И така, какви са основните предимства на аспирационните системи?

1. Надеждно откриване на пожар за ранно предупреждение. Високочувствителните сензори откриват пожар в най-ранния му стадий - във фазата на пиролиза, дори преди да се разпространят видими частици дим (например, когато проводник или друг електронен елемент от оборудването започне да се топи). В повечето случаи такива системи предотвратяват значителни материални щети, тъй като те бързо идентифицират повреден елемент, който може да бъде изключен, предотвратявайки навлизането на начален пожар в активната фаза. В допълнение, аспирационните системи позволяват да не се активира активна (обикновено газова) пожарогасителна система и спестяват парите, необходими за презареждане на газови бутилки.

2. Намаляване на броя на фалшивите положителни резултати. Благодарение на интелигентната обработка на сигнала от сензорите в аспирационните системи, външните фактори като прах, течения или електрически смущения, които често причиняват фалшиви аларми, се потискат. Това осигурява по-висока чувствителност и надеждност на системата дори в помещения с високи таваниили екстремни температури, както и в условия на замърсяване или висока влажност.

3. Бърз монтаж и лесна поддръжка. Детекторите могат да се инсталират навсякъде, както на закрито, така и на открито, за да улеснят достъпа на сервизните техници до тях. Аспирационните системи са невидими в помещението, а поддръжката им не изисква висока квалификация. Информация за всички неизправности, като повреда на тръбопровода, замърсяване на филтъра и др., се показва на екрана на дисплея. По този начин персоналът не трябва да отделя много време за идентифициране на неизправности в системата; тя може да бъде обслужвана, когато информацията стане достъпна.

Основни и фундаментална разликааспирационни системи от конвенционални системи с пасивни сензори за дим - активно пробовземане на въздух от комуникационни и сървърни шкафове на ЦОД, с помощта на вграден вентилатор, работещ на принципа на прахосмукачка. Друга важна разлика е по-високата чувствителност на детекторите, която дава възможност за откриване на невидими за човешкото око димни частици с концентрация 0,005%/m за системата VESDA, 0,001% за Icam или 0,05% за Titanus.

Важна особеност е наличието на вграден (като системата VESDA) и/или външен филтър, където се пречиства входящият въздух. Такива филтри позволяват работа на аспирационни системи в силно замърсени помещения без постоянно почистване или подмяна на лазерни камери, което от своя страна увеличава експлоатационния живот на системата и намалява разходите за нейната поддръжка.

Области на използване

В някои случаи използването на аспирационни системи дава осезаеми резултати в сравнение с конвенционалните пасивни детектори. На първо място, това са предприятия и компании, в които непрекъснатостта на производствените или бизнес процеси е от първостепенно значение и престоят е неприемлив. Това са например телекомуникационни системи и сървърни зали на финансови организации, комунални съоръжения и медицински стерилни помещения (операционни зали), енергийни и транспортни системи. Аспирационните системи са полезни и когато е необходимо да се елиминира фалшивото задействане на системата за активно пожарогасене, което води до големи разходи на време и средства за възстановяване на съоръжението.

Аспирационните системи се предпочитат в зони, където откриването на дим е трудно, като висок въздушен поток или високи атриуми (търговски центрове, фитнес зали, театри, музеи и др.). Те се използват и в помещения, където има достъп за Поддръжканевъзможно или трудно; Те са оптимални за защита на пространства зад окачени тавани и под фалшиви подове, асансьорни шахти, индустриални зони, въздуховоди, както и затвори и други места за лишаване от свобода. Друга област на приложение е в екстремни условия на околната среда: силна запрашеност, замърсяване с газове, влажност, много високи или много ниски температури (например в електроцентрали, фабрики за хартия или мебели, автосервизи, мини). И накрая, аспирационните системи се използват, ако е важно да се запази дизайнът на помещението и устройствата за откриване на дим трябва да бъдат скрити.

Изграждане на аспирационна система в дейта център

По правило оборудването на центъра за данни се намира в затворени шкафове, така че най-ефективното решение за защита на тези зони е да се вземат проби от шкафове. В случай на аспирационни системи в центрове за данни, тръбите със смукателни отвори се прокарват върху стелажи с инсталирано оборудване. Гъвкавата тръбна система позволява вземане на проби както над, така и вътре в шкафовете с помощта на капиляри, осигурявайки най-надеждното откриване на дим в напълно затворени шкафове, както и в шкафове с горна вентилация (Фигура 2).

Колко струва противопожарната защита? Цена на решение за противопожарна защитана конкретен център за данни зависи от обема и площта на помещенията, както и от броя на отделно защитените компоненти на системата. Във всеки случай тази цена не надвишава 1% от цената на оборудването, инсталирано в центъра за данни. Например, цената на 15-канален Icam детектор, способен да защити 15 стелажа с оборудване, е 10-11 хиляди евро, устройствотоVESDA VLP, която защитава до 2000 кв.м, струва 4-5 хил. евро, а Titanus защитава до 400 кв.м. и струва 2000-4000 евро.

Системата Titanus има функция ROOM-IDENT, която осигурява ранно откриване и локализиране на пожари. Един детектор може да наблюдава до пет стаи или пет стелажа, като използва само една тръба. Процесът на определяне на източника на пожар от системата ROOM-IDENT включва четири етапа, като резултатът се извежда на дисплея на детектора.

Етап 1(Нормален режим): Тръбопроводът се използва за събиране и оценка на проби от въздух в множество стаи.

Етап 2(ранно откриване на пожар): засмукване на въздух и анализ. Ако има дим, веднага ще се включи аларма за ранна реакция.

Етап 3(обратна циркулация): при активиране на алармения сигнал смукателният вентилатор се изключва и се включва вторият, нагнетателен вентилатор, който издухва всички частици дим от тръбопровода в обратна посока.

Етап 4(определяне на местоположението): след прочистване на тръбопровода посоката на движение на въздуха се променя отново. Въз основа на измерванията на времето, необходимо на частиците дим да достигнат до модула за детекция, системата определя местоположението на пожара.

Използвайки гъвкава тръбопроводна система, с един сензор VESDA е възможно например да се наблюдава пространството не само над стелажите, но и зад окачения таван и окачения под, както и кабелните скари, които се намират във всякакви данни център и често са източник на пожар. Освен това детекторите на системата VESDA са вградени в стелаж, което спестява място и осигурява еднаквост на дизайна на цялото оборудване в центъра за данни.

Друг ключов момент при организирането на надеждна система за откриване на пожар е всмукването на въздух директно от захранващата и изпускателната вентилационна решетка на помещението. Полученият дим неизбежно навлиза във въздушния поток, така че инсталирането на тръбна система с всмукателни отвори върху решетката за връщане на въздуха на циркулационната система гарантира незабавно откриване на зараждащ се пожар на много ранен етап.

Вземането на проби от въздуха непосредствено до изпускателната вентилационна решетка ви позволява да уловите частици дим във въздуха, дори ако създадените въздушни потоци са заобиколили всички други всмукателни тръби в помещението. Това се дължи на факта, че целият въздух в помещението циркулира през смукателната вентилация, което означава, че нито една частица дим, съдържаща се във въздуха, няма да премине през всмукателния отвор (фиг. 3).

Възможност за настройка на различни нива опасност от пожарви позволява да програмирате системата да реагира по подходящ начин различни етапиразвитие на пожар, например чрез изключване на климатично оборудване или стартиране на активни пожарогасителни системи. Например, можете да зададете няколко прага за предварителна аларма или най-висока чувствителност, за да определите момента на топене на елементите на оборудването. Ако този праг на чувствителност бъде надвишен, предварителен алармен сигнал ще бъде предаден на пожарната, така че персоналът да може да идентифицира точката на топене и да изключи захранването на оборудването, предотвратявайки разпространението на пожара.

Можете също така да настроите чувствителността на средна и системата ще засече момента на силно задимяване в помещението, когато е трудно да се намери мястото или оборудването, което причинява дима. Ако този праг на чувствителност бъде превишен, можете да програмирате системата да изключва климатиците. Най-ниската чувствителност се определя за нивото на задимяване на помещението, когато е невъзможно да се предотврати по-нататъшното разпространение на пожара без активни пожарогасителни системи. При достигане на този праг на чувствителност газовата пожарогасителна система се програмира да се включи (фиг. 4).

Включването на пожарогасителните системи е вторият етап от предотвратяването на разпространението на пожар в центъра за данни, когато развитието на пожара вече не може да бъде спряно с помощта на прости действия: изключване на сървър за пушене, климатични системи и др. За активно гасене на пожар по правило се използват газови пожарогасителни системи, като се използват два принципа за организиране на пожарогасене в център за данни. Първото е общо гасене на газови пожари, когато цялата площ на центъра за данни е потушена. Второто е пожарогасене на стелаж, когато се гаси отделен стелаж. Последният принцип се прилага за стелажи със специално оборудване, където загубата на данни ще струва повече от инсталирането и експлоатацията на противопожарна система. Но това е тема за отделна статия.

  

UDC 614.842.4

МОДЕРНИ СИСТЕМИ ЗА РАННО ОТКРИВАНЕ НА ПОЖАР

М. В. Савин, В. Л. Здор

Всеруски изследователски институт за противопожарна защита EMERCOM на Русия

дадени кратко описание наразлични видове пожароизвестители, техните положителни качества и недостатъци. Разгледани са подробно конструкцията и предимствата на аспирационните пожароизвестители.

Един от най-важните елементи на пожароизвестителната система са пожароизвестителите. Те се разделят в зависимост от вида на физическия пожарен фактор, на който реагират, и съответно се класифицират на термични, димни, газови, пламъчни и комбинирани. Освен това, в зависимост от конфигурацията на зоната на измерване, пожароизвестителите се разграничават като точкови, многоточкови и линейни. Точковият пожароизвестител реагира на пожарен фактор, контролиран в близост до неговия компактен чувствителен елемент. Многоточковият пожароизвестител се характеризира с дискретно разположение на точкови чувствителни елементи в измервателната линия. Линейният пожароизвестител е детектор, който геометрична формаконтролната зона на която има разширен участък, т.е. контролът на околната среда се извършва по определена линия. Всеки тип пожароизвестител има своите предимства и недостатъци. Комбинацията от тези свойства определя обхвата на тяхното приложение. Но все пак всички тези детектори имат един общ недостатък - така нареченото „пасивно“ сканиране на защитената зона. В края на краищата те всъщност изчакват, докато самите фактори, съпътстващи пожара (дим, повишена температура), попаднат в полето на детекция на детектора. По-специално, пожароизвестителят за дим ще издаде аларма само когато димът влезе в камерата на детектора, което значително зависи от наличието на въздушни потоци в защитеното помещение.

В момента аспирационните пожароизвестители започнаха активно да се въвеждат на нашия пазар. Те представляват самия детектор, състоящ се от чувствителен елемент и схема за обработка на сигнали, които могат да бъдат разположени както вътре, така и извън защитените помещения, и система от всмукателни тръбопроводи, през които се транспортират проби от въздуха отвън.

защитени помещения към чувствителния елемент на аспирационния пожароизвестител.

Аспирационните детектори за дим имат няколко основни предимства пред традиционните системи за откриване на дим. На първо място, осигуряване на доставяне на проби от въздух до чувствителния елемент, независимо от наличието на принудителни и естествени въздушни потоци в защитеното помещение.

Аспирационните пожароизвестители осигуряват така нареченото кумулативно откриване. Тъй като димът се разпространява и разпръсква из помещението, концентрацията му намалява и става все по-трудно за откриване. традиционни средства. Кумулативното откриване се отнася до способността за изтегляне на въздух от много точки в рамките на защитена зона в един детектор. Аспирационните пожароизвестители непрекъснато вземат малки количества въздушни проби в цялата защитена зона и ги прехвърлят към чувствителния елемент на аспирационния пожароизвестител.

Една от сервизните функции на съвременните аспирационни пожароизвестители е възможността за непрекъснато наблюдение на общото ниво на прах във въздуха, прогнозиране и коригиране на тяхната работа в съответствие с реалностите на защитения обект. Това е друго възможно приложение на този продукт - следене на чистотата на въздуха в помещенията. Освен това повечето детектори постоянно анализират възможни неизправности в работата си (замърсяване в тръбите, запушени отвори за засмукване на дим и др.).

По същество аспирационните пожароизвестители са интелигентни противопожарни микростанции. Те са същите като конвенционални системипожароизвестителните системи включват стационарно и периферно оборудване. Периферното оборудване включва както система от всмукателни тръбопроводи с димоотвеждащи капилярни тръби, така и различни

ПОЖАРНА И ВЗРИВОБЕЗОПАСНОСТ 6"2003г

крайни модули (фиг. 1), предназначени да изпълняват функции като осигуряване на визуална индикация за състоянието на аспирационния детектор в отделни зони, настройка, проверка и сервизна поддръжка, както и програмиране на всеки отделен детектор и цялата мрежа като цяло.

Както конвенционалните пожароизвестители (димни или газови) (фиг. 2), така и интелигентните системи за откриване на дим, използващи сканираща лазерна технология (фиг. 3), могат да се използват като чувствителен елемент на аспирационните пожароизвестители.

Нека анализираме принципа на работа на аспирационните пожароизвестители, използвайки примера на детекторите от серията VESDA от Vision Fire & Security. Въздухът от защитената зона се засмуква непрекъснато в детектора с помощта на високоефективен вентилатор (аспиратор) през система от всмукателни тръбопроводи (фиг. 4). Проба от този въздух преминава през филтри. Прахът и замърсяването първо се отстраняват, преди пробата да влезе в оптичната камера за откриване на дим. След това, на втория етап на пречистване (ако е наличен), допълнителна доставка на част от чистата

въздух, за да се предотврати замърсяване на оптичните повърхности и да се осигури стабилност на калибрирането и дългосроченуслуги за детектор за аспирация. След филтъра пробата въздух постъпва в измервателната камера, в която се отчита наличието на дим. След това сигналът се обработва и показва с помощта на индикатор с линеен мащаб, индикатори за праг на аларма или графичен дисплей (в зависимост от модификацията на детектора). Освен това аспирационните детектори, чрез реле или интерфейс, могат да предават тази информация към устройства за управление на пожароизвестяване и контрол на пожар, към централна конзола за наблюдение или други външни устройства.

Възникналите пожари обикновено преминават през четири етапа: тлеене, видим дим, пламък и огън. На фиг. Фигура 5 показва как тенът се развива с течение на времето. Моля, имайте предвид, че продължителността на първия етап – тлеенето – осигурява повече време за откриване на потенциален пожар и следователно контролиране на разпространението му, преди да причини значителни щети и разрушения. Традиционните детектори за дим често откриват дим, след като пожарът вече е започнал, което води до

t-етап: 2-ри етап:

Вижда се тлеещ огън

1 Традиционен

3-ти етап Пламък

Етап 4! Пожар I

VESDA Fire 2 (Пожарогасителната система се включва)

значителни материални щети. Редица аспирационни пожароизвестители, поради техните характеристики, позволяват да се открие пожар на етапа на тлеене и да се разпознае процесът на неговото разпространение.

Обхватът на приложение на аспирационните пожароизвестители е доста широк:

В складове;

В общи супермаркети, които съдържат различни обеми инвентар: от производствени суровини и стоки на едро до потребителски стоки на дребно и Завършени продукти;

В електронни възли за обработка на данни, като интернет центрове за данни, управление на мрежата и подобни системи, които представляват значителна опасност от пожар поради високите си изисквания за мощност и плътност на електронните вериги;

В зони с чисти помещения, като например съоръжения за производство на полупроводници, съоръжения за научноизследователска и развойна дейност и производствени съоръжения за фармацевтични продукти, които представляват значителна опасност от пожар поради постоянното снабдяване със запалими материали;

В енергетиката, която използва различни видове гориво за производство на електроенергия.

Аспирационните пожароизвестители със система за филтриране на въздуха имат малка вероятност

възможността за подаване на фалшиви аларми, което позволява да се намалят значителните материални щети, които могат да възникнат в случай на фалшиво стартиране на пожарогасителни системи, изключване технологичен процеси така нататък.

В същото време аспирационните пожароизвестители могат да се използват в сгради и помещения с повишени естетически изисквания - това са модерни офиси, аудитории, репетиционни зали, лекционни зали, читални и конферентни зали, заседателни зали, задни стаи, фоайета, зали, коридори, съблекални стаи, както и исторически сгради, катедрали, музеи, изложби, художествени галерии, книгохранилища, архиви.

Аспирационните пожароизвестители могат да се използват:

При екстремни условия: при ниски температури, механични претоварвания и тежки работни условия, тъй като всмукателната тръбопроводна система и директно чувствителният елемент на детектора могат да бъдат монтирани в различни стаи;

Те могат да работят както самостоятелно като отделни продукти, така и като част от автоматични системисъбиране и обработка на информация за ситуацията и предаване на сигнали към външни устройства по различни начини (чрез кабели, радиоканали и др.);

Като ефективно средство за генериране на стартов сигнал за активиране на пожарогасителни системи поради наличието на няколко нива на аларма и регулируем диапазон на чувствителност. В този случай, за да се реализира алгоритъмът за пускане на пожарогасително оборудване, се приема, че има две отделни точки за откриване, които са необходими за функционирането на системата, тоест наличието на два отделни аспирационни пожароизвестителя. Следователно, детектори за дим

аспирационен тип са сериозно допълнение към комплекса от мерки за осигуряване безопасността на помещенията наред с традиционните пожароизвестители, без по никакъв начин да намаляват значението и възможностите на последните.

ПОЖАРНА ЕКСПЛОЗИОННА БЕЗОПАСНОСТ 6"2003г

Производствена фирма "Vision Fire & Security" "Securiton-Hekatron" "ESSER"

Характеристики Наименование на аспирационния пожароизвестител

VESDA Laser VESDA Laser PLUS СКЕНЕР VESDA Laser COMPACT RAS ASD 515-1 RAS ASD XL ARS 70 LRS-S 700

Храна, V 18...30 18.30 18.30 20.28 18.38 24.30 18.30

Работна температура, °C -20...+60 -20...+60 -20...+60 0...+60 0...+52 0...+50 -10.+60

Чувствителност, % 0.005.20 0.005.20 0.005.20 Определена от пожароизвестител 0.005.1 Определена от пожароизвестител 0.005.20

Технология за откриване на дим Лазер Лазер Лазер Оптичен детектор за дим Лазер Оптичен детектор за дим Лазер

Максимална дължина на тръбата в гредата, m 200 200 50 60 60 80 200

Диаметър на тръбата, mm 25 25 25 25/40 25/40 25 25

Диаметър на отвора, mm 2,6 2,6 2,6 3,4 3,4 2,6 2,6

Максимална защитена площ, m2 2000 2000 500 800 800 1200 1600

Брой филтри, бр. 2 2 2 Не Не 1 2

Брой нива на пожарна опасност, бр. 4 4 2 1 4 1 4

Размери, mm 350 x 225 x 125 350 x 225 x 125 225 x 225 x 85 285 x 360 x 126 317 x 225 x 105 285 x 360 x 126 225 x 225 x 95

Тегло, kg 4,0 4,0 1,9 2,7 3,4 2,7 3,5

Работа в мрежа VESDANet (99 устройства) VESDANet (99 устройства) VESDANet (99 устройства) Няма LaserNet (127 устройства) Няма VESDANet (99 устройства)

Режим на автоматична компенсация AutoLearntm е програмируем AutoLearntm е програмируем AutoLearntm е програмируем Не Да Не Програмируем

Понастоящем на руския пазар са сертифицирани аспирационните пожароизвестители на следните водещи западни компании:

"Vision Fire & Security" (Австралия) - аспирационни димни датчици от серията VESDA Laser PLUS (фиг. 6), VESDA Laser SCANNER (фиг. 7), VESDA Laser COMPACT (фиг. 8);

"Schrack Seconet AG" (Австрия) - аспирационни димни пожароизвестители RAS ASD

515-1 (FG030140), производство на Securiton-Hekatron, Германия (фиг. 9);

"Fittich AG" (Швейцария) - аспирационни димни пожароизвестители RAS ASD 515-1, производство на "Securiton-Hekatron", Германия;

"MINIMAX GmbH" (Германия) - аспирационни пожароизвестители AMX 4002.

Таблицата показва сравнителни характеристикинякои видове аспирационни пожароизвестители.

В Руската федерация всеки ден възникват около 700 пожара, при които загиват повече от 50 души. Ето защо запазването на човешкия живот остава една от най-важните задачи на всички системи за сигурност. Напоследък все по-често се обсъжда темата за ранното откриване на пожар.

Разработчиците на модерно противопожарно оборудване се състезават да увеличат чувствителността на пожароизвестителите към основните признаци на пожар: топлина, оптично излъчване от пламъка и концентрация на дим. Много се работи в тази посока, но всички пожароизвестители се задействат, когато вече е избухнал поне малък пожар. И малко хора обсъждат темата за откриване на възможни признаци на пожар. Но вече са разработени устройства, които могат да записват не пожар, а само заплахата или вероятността от пожар. Това са газови пожароизвестители.

Сравнителен анализ

Известно е, че пожар може да възникне както от внезапна авария (експлозия, късо съединение), така и от постепенно натрупване на опасни фактори: натрупване на запалими газове, пари, прегряване на вещество над точката на запалване, тлееща изолация на електрически кабели от претоварване, гниене и нагряване на зърното и др.

На фиг. Фигура 1 показва графика на типичната реакция на газов детектор за дим при пожар, започващ от горяща цигара, пусната върху матрак. Графиката показва, че газовият детектор реагира на въглероден окис след 60 минути. след попадане на горяща цигара в матрака, в същия случай фотоелектрическият детектор за дим реагира след 190 минути, йонизационният детектор за дим - след 210 минути, което значително увеличава времето за вземане на решение за евакуация на хора и ликвидиране на пожара.

Ако запишете набор от параметри, които могат да доведат до началото на пожар, тогава можете (без да чакате да се появят пламъци или дим) да промените ситуацията и да избегнете пожар (злополука). При ранно получаванесигнал от газовия пожароизвестител, персоналът по поддръжката ще има време да вземе мерки за отслабване или премахване на фактора на заплаха. Например, това може да бъде проветряване на помещението от запалими пари и газове; ако изолацията прегрее, изключете захранването на кабела и преминете към използване на резервна линия, ако има късо съединение на електронната платка на компютрите и управляваните машини, гасете локален пожар и отстранете дефектния модул. По този начин човекът е този, който взема окончателното решение: да се обади на пожарната или сам да отстрани аварията.

Видове газови детектори

Всички газови пожароизвестители се различават по типа на сензора:
- метален оксид,
- термохимични,
- полупроводник.

Сензори за метален оксид

Сензорите от метален оксид се произвеждат на базата на дебелослойна микроелектронна технология. Като подложка се използва поликристален алуминиев оксид, върху който от двете страни са нанесени нагревател и газочувствителен слой от метален оксид (фиг. 2). Чувствителният елемент е поставен в корпус, защитен от газопропусклива обвивка, която отговаря на всички изисквания за взриво- и пожаробезопасност.

Сензорите за метален оксид са предназначени да определят концентрациите на запалими газове (метан, пропан, бутан, водород и др.) във въздуха в диапазона на концентрация от хилядни до единици процент и токсични газове (CO, арсин, фосфин, сероводород, и др.) на ниво на максимално допустимите концентрации, както и за едновременно и селективно определяне на концентрациите на кислород и водород в инертни газове, например в ракетостроенето. Освен това са с рекордно ниски за класа си електрическа силанеобходим за отопление (по-малко от 150 mW) и може да се използва в детектори и системи за теч на газ пожароизвестяванекакто стационарни, така и преносими.

Термохимични газови детектори

Сред методите, използвани за определяне на концентрацията на запалими газове или пари от запалими течности в атмосферния въздух, се използва термохимичният метод. Същността му се състои в измерване на термичния ефект (допълнително повишаване на температурата) от реакцията на окисление на запалими газове и пари върху каталитично активния елемент на сензора и по-нататъшно преобразуване на получения сигнал. Аларменият сензор, използвайки този топлинен ефект, генерира електрически сигнал, пропорционален на концентрацията на запалими газове и пари с различни коефициенти на пропорционалност за различните вещества.

Когато горят различни газове и пари, термохимичният сензор произвежда сигнали с различни размери. Еднаквите нива (в % LEL) на различни газове и пари във въздушни смеси съответстват на неравномерни изходни сигнали от сензора.

Термохимичният сензор не е селективен. Сигналът му характеризира степента на опасност от експлозия, определена от общото съдържание на запалими газове и пари във въздушната смес.

В случай на мониторинг на набор от компоненти, в който съдържанието на отделни, предварително известни запалими компоненти варира от нула до някаква концентрация, това може да доведе до грешка в управлението. Тази грешка съществува и при нормални условия. Този фактор трябва да се вземе предвид, за да се определят границите на обхвата на концентрациите на сигнала и толеранса за тяхното изменение - границата на допустимата основна абсолютна грешка на реакцията. Границите на измерване на детектора са най-ниските и най-високите стойности на концентрация на определяния компонент, в рамките на които детекторът извършва измервания с грешка, която не надвишава определената.

Описание на измервателната верига

Измервателната верига на термохимичния преобразувател е мостова (виж фиг. 2). Чувствителни B1 и компенсиращи B2 елементи, разположени в сензора, са включени в мостова верига. Вторият клон на моста - резистори R3–R5 са разположени в сигнализиращия блок на съответния канал. Мостът е балансиран от резистор R5.

При каталитично изгаряне на въздушна смес от запалими газове и пари върху чувствителния елемент B1 се отделя топлина, температурата се повишава и следователно съпротивлението на чувствителния елемент се увеличава. Няма горене на компенсиращия елемент B2. Съпротивлението на компенсиращия елемент се променя с неговото стареене, промени в захранващия ток, температурата, скоростта на движение на контролираната смес и др. Същите фактори действат и върху чувствителния елемент, което значително намалява причинения от тях дисбаланс на моста (нулев дрейф) и грешката на управление.

При стабилна мощност към моста, стабилна температура и скорост на контролираната смес, дисбалансът на моста със значителна степен на точност е резултат от промени в съпротивлението на чувствителния елемент.

Във всеки канал захранването на сензорния мост осигурява постоянно регулиране на тока оптимална температураелементи. По правило самият чувствителен елемент B1 се използва като температурен сензор. Сигналът за дисбаланс на моста се взема от диагонала ab на моста.

Полупроводникови газови сензори

Принципът на работа на полупроводниковите газови сензори се основава на промяна в електрическата проводимост на полупроводниковия газочувствителен слой по време на химическа адсорбция на газове върху повърхността му. Този принцип им позволява да бъдат ефективно използвани в пожароизвестителните устройства като алтернативни устройства на традиционните оптични, топлинни и димни аларми (детектори), включително тези, съдържащи радиоактивен плутоний. А високата чувствителност (за водород от 0,00001% обем), селективността, скоростта и ниската цена на полупроводниковите газови сензори трябва да се считат за основното им предимство пред другите видове пожароизвестители. Използваните в тях физични и химични принципи на откриване на сигнали са съчетани със съвременни микроелектронни технологии, което води до ниска себестойност на продуктите в масово производство и високи технически характеристики.

Полупроводниковите газочувствителни сензори са високотехнологични елементи с ниска консумация на енергия (от 20 до 200 mW), висока чувствителност и повишена скорост до части от секунди. Сензорите за метален оксид и термохимичните сензори са твърде скъпи за тази употреба. Въвеждането в производството на газови пожароизвестители на базата на полупроводникови химически сензори, произведени по групова технология, може значително да намали цената на газовите детектори, което е важно за масовата употреба.

Нормативни изисквания

Нормативните документи за газови пожароизвестители все още не са напълно разработени. Съществуващите ведомствени изисквания на RD BT 39-0147171-003-88 се отнасят за съоръженията на нефтената и газовата промишленост. NPB 88-01 относно поставянето на газови пожароизвестители гласи, че те трябва да се монтират на закрито на тавана, стените и други строителни конструкции на сгради и съоръжения в съответствие с инструкциите за експлоатация и препоръките на специализирани организации.

Във всеки случай обаче, за да изчислите точно броя на газовите детектори и да ги инсталирате правилно на обекта, първо трябва да знаете:
- параметърът, по който се следи безопасността (видът газ, който се отделя и показва опасност, например CO, CH4, H2 и др.);
- обем на помещението;
- предназначение на помещенията;
- наличие на вентилационни системи, въздушно налягане и др.

Резюме

Газовите пожароизвестители са устройства от следващо поколение и следователно те все още изискват от местни и чуждестранни компании, участващи в системите за противопожарна защита, нови изследователски усилия за разработване на теорията за емисиите на газове и разпределението на газове в помещения с различно предназначение и експлоатация, както и провеждане на практически експерименти за разработване на препоръки за рационално разположение на такива детектори.

За съжаление, не всички у нас разбират предимствата, които предоставят адресируемите аналогови системи, а някои дори свеждат предимствата им до „грижа за пушачите“. Затова нека да разгледаме и какво ни дават адресируемите аналогови системи.

Важно е не само да открием навреме, но и да предупредим навреме

Напомням, че има три класа пожароизвестителни системи: неадресируеми, адресируеми и адресируемо-аналогови.

В неадресирани и адресни системи„Решението за пожар“ се взема директно от самия детектор и след това се предава на контролния панел.

Аналоговите адресируеми системи по същество са телеметрични системи. Стойността на параметъра, контролиран от детектора (температура, дим в помещението) се предава на контролния панел. Контролният панел непрекъснато следи състоянието на околната среда във всички помещения на сградата и въз основа на тези данни взема решение не само за генериране на сигнал „Пожар“, но и сигнал „Предупреждение“. Особено подчертаваме, че „решението” се взема не от детектора, а от контролния панел. Теорията гласи, че ако начертаете интензитета на пожар спрямо времето, това ще изглежда като парабола (фиг. 1). На начална фазаПо време на развитието на пожар интензивността му е ниска, след това се увеличава и тогава започва лавинообразен цикъл. Ако хвърлите незагасена цигара в кошница с хартии, първо ще наблюдавате тлеенето им с отделяне на дим, след което ще се появи пламък, който ще обхване мебелите и тогава ще започне интензивното развитие на огъня, т.е. вече не е лесно за справяне.

Оказва се, че ако пожар бъде открит на ранен етап, той лесно може да бъде потушен с чаша вода или обикновен пожарогасител и щетите от него ще бъдат минимални. Точно това ви позволяват аналоговите адресируеми системи. Ако например неадресируем (или адресируем) топлинен детектор осигурява формиране на сигнал „Пожар“ при температура 60 ° C, тогава докато тази стойност не бъде достигната, дежурният служител не вижда никаква информация за контрола панел за това какво се случва в стаята. Все пак това предполага значителен пожар. Подобна ситуация се наблюдава и при датчиците за дим, където трябва да се постигне необходимото ниво на дим.

Адресируем не означава аналогов адресируем

Адресируемите аналогови системи, следейки непрекъснато състоянието на околната среда в помещението, незабавно отчитат началото на промяна на температурата или дима и подават предупредителен сигнал на дежурния. Следователно аналоговите адресируеми системи осигуряват ранно откриване на пожар. Това означава, че пожарът може лесно да бъде потушен с минимални щети по сградата.

Нека подчертаем, че „вододелът” не е между неадресируемите системи, от една страна, и адресируемите и адресируемо-аналоговите системи, от друга, а между адресируемо-аналоговите и другите системи.

В реалните аналогови адресируеми устройства има принцип. възможност за индивидуална настройка не само на нивата на формиране на сигналите "Пожар" и "Предупреждение" за всеки детектор, но и за определяне на логиката на тяхната съвместна работа. С други думи, получаваме в ръцете си инструмент, който ни позволява оптимално да създадем система за ранно откриване на пожар за всеки обект, като вземем предвид неговата индивидуални характеристики, т.е. имаме принцип. способността за оптимално изграждане на система за пожарна безопасност на обекта.

По пътя поредицата също е решена важни задачи, например, следене на работата на детекторите. По този начин в адресируемата аналогова система по принцип не може да има дефектен детектор, който да не бъде открит от контролния панел, тъй като детекторът трябва да предава определен сигнал през цялото време. Ако добавим към това мощната самодиагностика на самите датчици, автоматичната компенсация на праха и откриването на запрашени датчици за дим, става очевидно, че тези фактори само повишават ефективността на аналоговите адресируеми системи.

Основни функции

Важен компонент на адресируемите аналогови устройства е изграждането на алармени контури. Протоколът за работа на веригата е ноу-хау на компанията и представлява търговска тайна. В същото време именно той до голяма степен определя характеристиките на системата. да учим най-много характеристикиадресируеми аналогови системи.

Брой детектори в контура

Обикновено той варира от 99 до 128 и е ограничен от енергийните възможности на захранването на детекторите. В ранните модели детекторите се адресират с помощта на механични превключватели; в по-късните модели няма превключватели и адресът се съхранява в енергонезависимата памет на сензора.

Звънене на аларма

По принцип повечето адресируеми аналогови устройства могат да работят с радиален влак. но има възможност за "загуба" голям бройдетектори поради скъсан кабел. Следователно пръстеновидният контур е средство за увеличаване на жизнеспособността на системата. Ако се счупи, устройството генерира съответно известие, но осигурява работа с всеки половин пръстен, като по този начин поддържа функционалността на всички детектори.

Устройства за локализация къси съединения

Това също е средство за увеличаване на „оцеляването“ на системата. Обикновено тези устройства се инсталират чрез 20-30 детектора. При късо съединение в контура токът в него се увеличава, което се засича от две локализиращи устройства и дефектиралата секция се изключва. Само сегмент от веригата с две устройства за локализиране на късо съединение излиза от строя, а останалата част остава работоспособна поради пръстеновидната организация на връзката.

В съвременните системи всеки детектор или модул е ​​оборудван с вградено устройство за локализиране на късо съединение. В същото време, поради значителното намаляване на цените на електронните компоненти, цената на сензорите всъщност не се е увеличила. Такива системи практически не страдат от късо съединение на вериги.

Стандартен комплект детектори

Той включва димна оптоелектроника, термична максимална температура, термична максимална диференциална, комбинирана (дим плюс термична) и ръчни пожароизвестители. Тези детектори обикновено са достатъчни за защита на основните части на сградата. Някои производители предлагат допълнително доста екзотични видове сензори, например адресируеми аналогови линеен детектор, оптичен детектор за дим за помещения с висока степен на замърсяване, оптичен детектор за дим за взривоопасни помещения и др. Всичко това разширява обхвата на приложение на аналоговите адресируеми системи.

Неадресируеми подконтурни контролни модули

Те позволяват използването на неадресируеми детектори. Това намалява цената на системата, но в същото време естествено се губят свойствата, присъщи на адресируемото аналогово оборудване. В някои случаи такива модули могат успешно да се използват за свързване на конвенционални линейни детектори за дим или за създаване на взривобезопасни контури.

Модули за контрол и мониторинг

Те се включват директно в алармените вериги. Обикновено броят на модулите съответства на броя на детекторите в контура, а адресното им поле е допълнително и не се припокрива с адресите на детекторите. В някои системи адресното поле на детекторите и модулите е често срещано.

Общият брой на свързаните модули може да бъде няколкостотин. Именно това свойство позволява на базата на адресируемата аналогова пожароизвестителна система SPS да се интегрират автоматични противопожарни системи за сграда (фиг. 2).

По време на интеграцията задвижващите механизми се управляват и тяхната работа се наблюдава. Броят на точките за наблюдение и контрол е точно няколкостотин.

Разклонена логика за генериране на управляващи сигнали

Това незаменим атрибутадресируеми аналогови устройства за управление и управление. Именно мощните логически функции осигуряват изграждането на единна система за автоматична противопожарна защита на сградата. Тези функции включват логиката за генериране на сигнал "Пожар" (например за два задействани детектора в група) и логиката за включване на контролния модул (например за всеки сигнал "Пожар" в системата или за Сигнал „Пожар“ в дадена група) и принципът . възможност за задаване на времеви параметри (например, когато има сигнал „Пожар“, включете контролния модул M след време T1 за време T2). Всичко това ви позволява ефективно да изграждате дори мощни газови пожарогасителни системи, базирани на стандартни елементи.

И не само ранното откриване

Самият принцип на изграждане на адресируеми аналогови системи позволява, в допълнение към ранното откриване на пожар, да се получат редица уникални качества, например повишаване на шумоустойчивостта на системата. Нека обясним това с пример.

На фиг. Фигура 3 показва няколко последователни цикъла на запитване (n) от термично адресируемо аналогово детекторно устройство. За по-лесно разбиране, на ординатната ос ще начертаем не продължителността на сигнала от детектора, а температурната стойност, непосредствено съответстваща на него. Да предположим, че по време на цикъл на запитване 4 е имало фалшив сигнал от детектора или изкривяване на продължителността на реакцията на детектора под въздействието на електромагнитни смущения, че стойността, възприета от устройството, съответства на температура от 80 °C. Ако пристигне фалшив сигнал, устройството трябва да генерира сигнал „Пожар“, т.е. ще възникнат фалшиви аларми.

В аналоговите адресируеми системи това може да се избегне чрез въвеждане на алгоритъм за осредняване. Например, нека въведем осредняване на три последователни проби. стойността на параметъра за „вземане на решение“ за пожар ще бъде сумата от стойностите за три цикъла, разделена на 3:

• за цикли 1, 2, 3 T=60:3=20 °C – под прага;
• за цикли 2, 3, 4 T=120:3=40 °C – под прага;
• за цикли 3, 4, 5 T=120:3=40 °C – под прага.

Тоест, когато пристигне фалшиво преброяване, сигналът „Пожар“ не се генерира. В същото време бих искал да обърна специално внимание на факта, че тъй като „решението“ се взема от контролния панел, не са необходими нулиране или повторни заявки на детекторите.

Обърнете внимание, че ако полученият сигнал не е фалшив, това означава, че в цикли 4 и 5 стойността на параметъра съответства на 80 °C, тогава с това осредняване сигналът ще бъде генериран, тъй като T = 180:3 = 60 °C, което означава съответства на прага за генериране на сигнал "Пожар".

какъв е резултатът

И така, ние сме убедени, че поради техните уникални свойства адресируемите аналогови системи са такива ефективни средстваосигуряване на пожарна безопасност на съоръженията. Броят на детекторите в такива системи може да бъде няколко десетки хиляди, което е достатъчно за най-амбициозните проекти.

Пазарът на аналогови адресируеми системи в чужбина показва стабилна възходяща тенденция през последните няколко години. Делът на адресируемите аналогови системи в общия обем на производство уверено надхвърли 60%. Масовото производство на адресируеми аналогови детектори доведе до намаляване на тяхната цена, което беше допълнителен стимул за разширяване на пазара.

За съжаление в нашата страна делът на адресируемите аналогови системи е според различни оценки от 5 до 10%. Липсата на застрахователна система и действащите разпоредби не допринасят за въвеждането на висококачествено оборудване и често се използва най-евтиното оборудване. Въпреки това вече се очертаха известни размествания и изглежда, че сме на прага на фундаментална промяна на пазара. Само през последните години цената на оптичните детектори за дим и аналоговите детектори в Русия е намаляла приблизително 2 пъти, което ги прави по-достъпни. Без адресируеми аналогови системи е немислимо да се гарантира сигурността на високи сгради, многофункционални комплекси и редица други категории обекти.

(светлина, топлина, дим) са способни само на съобщението: „Ние горим! Време е да изгасим огъня!" Но няма как да бъде другояче, тъй като работата на сензорите им се базира на такива физически принципи, като откриване на светлина, топлина или дим. Получавате съобщението „Внимание! Тук има опасност от пожар!“ е възможно само чрез установяване на постоянен контрол върху газодинамичния състав на вътрешната въздушна среда. Такъв контрол ще позволи да се вземат адекватни мерки за предотвратяване на пожар и ликвидирането му в зародиш. Ето защо е интересен методът за ранно откриване на пожари с помощта на полупроводникови химически сензори, разработен от специалисти от АЕЦ Гама, който е отличен с дипломи и златни медали на международните изложения Брюксел-Еврика 2000 и Женева 2001.

По този начин надежден начин за предотвратяване на пожар на ранен етап, предшестващ пожара, е контролът химичен съставвъздух, който се променя рязко поради термичното разлагане на прегретите или запалими материали, които започват да тлеят. На този етап превантивните мерки все още са ефективни. Например, ако електрическите уреди (ютия или електрическа камина) прегреят, те могат да бъдат автоматично изключени навреме чрез сигнал от газовия сензор.

Състав на газовете, отделяни при горенето

Редица газове, отделени в началния етап на горене (тлеене), се определят от състава на тези материали, които участват в този процес. Въпреки това, в повечето случаи основните характерни газови компоненти могат да бъдат уверено идентифицирани. Подобни изследвания са проведени в Института за пожарна безопасност (Балашиха, Московска област), използвайки стандартна камераобем 60 m 3 за симулиране на пожар. Съставът на газовете, отделени по време на горенето, се определя с помощта на хроматография. Експериментите дадоха следните резултати.

Водородът (H2) е основният компонент на газовете, отделяни на етапа на тлеене в резултат на пиролиза на материали, използвани в строителството, като дърво, текстил и синтетични материали. В началния етап на пожара, по време на процеса на тлеене, концентрацията на водород е 0,001-0,002%. Впоследствие съдържанието на ароматни въглеводороди се увеличава на фона на наличието на недостатъчно окислен въглерод - въглероден оксид (CO) - 0,002-0,008%. Когато се появи пламък, концентрацията на въглероден диоксид (CO 2 ) нараства до ниво от 0,1%, което съответства на изгарянето на 40-50 g дърва или хартия в затворено помещение с обем 60 m 3 и е еквивалентно на до 10 изпушени цигари. Това ниво на CO2 се постига и в резултат на присъствието на двама души в помещението за 1 час.

Експериментите показват, че прагът на откриване на системата ранно предупреждениепожар в атмосферния въздух при нормални условия трябва да бъде на ниво от 0,002% за повечето газове, включително водород и въглероден оксид. Желателно е скоростта на системата да не е по-ниска от 10 s. Това заключение може да се счита за основно за разработването на редица предупредителни пожарни газови аларми.

Съществуващите инструменти за анализ на газ в околната среда (включително електрохимични, термокаталитични и други сензори) са твърде скъпи за такава употреба. Въвеждането в производството на пожароизвестители, базирани на полупроводникови химически сензори, произведени по групова технология, ще намали драстично цената на газовите сензори.

Полупроводникови газови сензори

Принципът на работа на полупроводниковите газови сензори се основава на промяна в електрическата проводимост на полупроводниковия газочувствителен слой по време на химическа адсорбция на газове върху повърхността му. Това обстоятелство им позволява да бъдат ефективно използвани в пожароизвестителните устройства като алтернативни устройства на традиционните оптични, термични и димни аларми, включително тези, съдържащи радиоактивен плутоний. И висока чувствителност (за водород - от 0,000001%!), селективност, скорост и ниска цена на полупроводника газови сензоритрябва да се считат за техните основни предимства пред другите видове пожароизвестители. Използваните в тях физико-химични принципи на детекция на сигнали са съчетани със съвременни микроелектронни технологии, което води до ниска себестойност на продуктите при масово производство и високи технически и енергоспестяващи характеристики.

За да протичат физически и химични процеси на повърхността на чувствителния слой достатъчно бързо, осигурявайки производителност на ниво от няколко секунди, сензорът периодично се нагрява до температура 450-500°C, което активира повърхността му. Като чувствителни полупроводникови слоеве обикновено се използват фино диспергирани метални оксиди (SnO 2, ZnO, In 2 O 3 и др.) С легиращи добавки Pl, Pd и др. Поради структурната порьозност на образуваните материали, постигната с определени технологични методи , тяхната специфична повърхност е около 30 m 2 /g. Нагревателят е резистивен слой, изработен от инертни материали (Pl, RuO 2, Au и др.) И електрически изолиран от полупроводниковия слой.

Въпреки привидната си простота, такива методи на формиране са концентрирали всички най-нови постижения в материалознанието и микроелектронните технологии. Това доведе до високата конкурентоспособност на сензора, който може да работи в продължение на няколко години, като периодично е в „стресово“ състояние при нагряване до 500°C, като същевременно поддържа високи характеристики на производителност, чувствителност, стабилност, селективност и консумира ниска мощност (на средно няколко десетки миливата). Промишленото производство на полупроводникови сензори е широко развито в целия свят, но основният дял на световния пазар се отчита японски компании. Признат лидер в тази област е Figaro с годишен обем на производство на сензори от около 5 милиона единици. и мащабно производство на устройства, базирани на тях, включително елементна база и схемни решения с програмируеми устройства.

Въпреки това редица характеристики на производството на полупроводникови сензори затрудняват съвместимостта с традиционната силициева технология в затворен цикъл. Това се обяснява с факта, че сензорите не са толкова масово произвеждан продукт като микросхемите и имат по-голямо разпространение на параметрите поради специфичните условия на работа (често в агресивна среда). Производството им изисква много специфично ноу-хау в областта физическа химия, материалознание и др. Следователно успехът тук съпътства големите специализирани фирми (например Microchemical Instrument - европейски клон на Motorola), които не бързат да споделят своите разработки в областта висока технология. За съжаление, в Русия и ОНД тази индустрия никога не е била добре развита, въпреки достатъчен брой изследователски групи - RRC Kurchatov Institute, Московски държавен университет, Ленинградски държавен университет, Воронеж Държавен университет, IOGKh RAS, NIFKhI im. Карпов, Саратовския университет, Новгородския университет и др.

Вътрешни разработки на полупроводникови сензори

Най-развитата технология за производство на полупроводникови сензори е предложена в RRC на Курчатовския институт. Тук са разработени полупроводникови сензори с малък размер за анализ на химическия състав на газове и течности. Произведени са по микроелектронна технология и комбинират предимствата на микроелектронните устройства - ниска цена за масово производство, миниатюризация, ниска консумация на енергия - с възможност за измерване на концентрацията на газове и течности в широк диапазон и с доста висока точност. Разработените устройства са разделени на две групи: металооксидни и структурни полупроводникови сензори.

Сензори за метален оксид.Произведено по дебелослойна технология. Те използват поликристален алуминиев оксид като субстрат, върху който от двете страни са нанесени нагревател и газочувствителен слой от метален оксид. Чувствителният елемент е поставен в газопропусклив корпус, отговарящ на изискванията за взриво- и пожаробезопасност.

Сензорите са в състояние да определят концентрацията на запалими газове (метан, пропан, бутан, водород и др.) във въздуха в диапазона от 0,001% до няколко процента, както и на токсични газове (въглероден окис, арсин, фосфин, сероводород и др.) на нивото на максимално допустимата концентрация (ПДК). Те могат да се използват и за едновременно и селективно определяне на концентрациите на кислород и водород в инертни газове, например за ракетна технология. За да се загреят, тези устройства изискват рекордно ниска за класа си електрическа мощност – под 150 mW. Сензорите за метален оксид са предназначени за използване в детектори за теч на газ и пожароизвестителни системи (както стационарни, така и ръчни).

Структурни полупроводникови сензори.Това са сензори, базирани на силициеви структури метал-изолатор-полупроводник (MIS), метал-твърд електролит-полупроводник и диоди на Шотки.

MIS структури с паладиев или платинен затвор се използват за определяне на концентрацията на водород във въздух или инертни газове. Прагът на откриване на водород е около 0,00001%. Сензорите са успешно използвани за определяне на концентрацията на водород в охлаждаща течност ядрени реакториза да се запази тяхната безопасност. Структури с твърд електролит (лантанов трифлуорид, проводящи флуорни йони) са предназначени да определят концентрацията на флуор и флуориди (предимно флуороводород) във въздуха. Оперирайте при стайна температура, дават възможност да се определи концентрацията на флуор и флуороводород на ниво от 0,000003%, което е приблизително 0,1 MPC. Измерването на изтичане на флуороводород е особено важно за определяне на екологичната ситуация в региони с голямо производство на алуминий, полимери и ядрено гориво.

Подобни структури, направени на базата на силициев карбид и работещи при температура от около 500 ° C, могат да се използват за измерване на концентрацията на фреони.

Индикатор за въглероден окис и водород CO-12

Награден на международни изложения, методът за ранно откриване на пожар осигурява едновременно наблюдение на относителните концентрации във въздуха на два или повече газа, като ароматни въглеводороди, водород, въглероден оксид и въглероден диоксид. Получените стойности се сравняват с посочените стойности и ако съвпадат, се генерира аларма. Мониторингът и сравнението на относителните концентрации на газовите компоненти се извършват на определени интервали. Възможността за фалшиви аларми на измервателния уред при повишаване на концентрацията на един от газовете е изключена, ако няма пожар.

Индикаторът CO-12 се предлага като измервателно устройство, предназначено за откриване на газообразен въглероден оксид и водород във въздушната атмосфера в диапазона на техните концентрации от 0,001 до 0,01%. Устройството представлява деветстепенен пропорционален индикатор под формата на линия от светодиоди от три цвята - зелен (обхват на ниска концентрация), жълт (средно ниво) и червен ( високо ниво). Всеки диапазон съответства на три светодиода. При светване на червените светодиоди се задейства звуков сигнал, който предупреждава хората за опасност от отравяне.

Принципът на работа на индикатора се основава на регистриране на промените в съпротивлението (R) на полупроводников газочувствителен сензор, чиято температура се стабилизира на 120 °C по време на процеса на измерване.

При което нагревателен елементвключва се в обратната връзка на операционния усилвател - термостата - и периодично, на всеки 6 s, се отгрява за 0,5 s при температура 450 ° C. Това е последвано от изотермична релаксация на съпротивлението R при взаимодействие с въглероден окис. Измерването на R се извършва преди следващото отгряване (фиг. 3, точка C, последвано от отгряване - O). Процесът на измерване и извеждането на данните към индикатора се контролират от програмируемо устройство.

Основните му технически характеристики:

Индикаторът може ефективно да се използва като пожароизвестително устройство както в жилищни помещения, така и в промишлени съоръжения. Селски къщи, вили, бани, сауни, гаражи и котелни помещения, предприятия с производство на базата на използване открит огъни термична обработка, минна, металургична и нефто- и газопреработвателна промишленост и накрая, автомобилен транспорт - това не е пълен списък на обекти, където индикаторът CO-12 може да бъде полезен.

Такива пожароизвестители за ранно откриване, обединени в единна мрежа и наблюдаващи емисиите на газ по време на тлеещи материали, преди да се запалят, когато са поставени в промишлени съоръжения, позволяват да се предотвратят аварийни ситуации не само в наземни противопожарни съоръжения, но и в подземни структури , въглищни мини, където в резултат на прегряване, оборудване, транспортиращо въглища, въглищен прах може да се запали. Всеки сензор, който има светлинни и звукови предупредителни сигнали, е в състояние не само да информира за степента на газово замърсяване на територията, но и да предупреждава персонала, намиращ се в непосредствена близост до крайното място, за опасността. Фиксираните пожароизвестители, инсталирани в жилищни райони, могат да предотвратят експлозии битова газ, отравяне с въглероден окис и пожар поради неизправност домакински уредиили грубо нарушаване на условията му за работа чрез автоматично изключване от мрежата.

Електроника No4, 2001г