Как устроен датчик дыма

Как это работает? | Датчик пожара

Первый автоматический пожарный датчик был тепловым. Его создали американцы Фрэнсис Аптон и Фернандо Диббл в конце 19 века. В конструкции датчика были электрические батареи, колокольный купол, магнит в разомкнутой цепи и термостатическое устройство. Последнее обнаруживало аномальное количество тепла, и контур между батареей и магнитом замыкался. Молоточек ударял по колокольному куполу и тем самым сигнализировал об опасности. Как же работают современные датчики пожара — об этом в сегодняшнем выпуске!

Определить возгорание можно по появлению дыма, повышению температуры или сильной вспышке света. Эти факторы и заложены в принцип работы датчиков пожара. Наиболее распространенными из них являются дымовые и тепловые извещатели, извещатели пламени и комбинированные устройства.

Работа датчика дыма основана на фиксации продуктов горения в корпусе извещателя. Это происходит за счет срабатывания оптической системы, которая состоит из светодиода, испускающего луч света, и фотоэлемента, преобразующего свет в электрический сигнал. Световой луч от светодиода при этом специально направлен мимо фотоэлемента. При отсутствии дыма свет не может дойти до поверхности фотоэлемента. Если же в корпус датчика попадает дым, то световой луч начинает произвольно отражаться и попадает на фотоэлемент. Он срабатывает, а электронная схема формирует и передает команду на устройство пожарной сигнализации. Если в датчик попадет водяной пар или газы, они также отклонят световой поток и вызовут ложную тревогу. Поэтому датчики дыма не устанавливают в тех местах, где они могут неправильно сработать.

Что касается тепловых извещателей, то они бывают двух типов: пороговые и интегральные. Пороговый датчик срабатывает по достижении определенной температуры, как правило, 60-70 градусов. Внутри его корпуса размещены пружинные контакты, которые соединены термочувствительным материалом. Под воздействием температуры термочувствительный слой размягчается и происходит разрыв цепи.

Интегральный датчик реагирует на скорость возрастания температуры. На клеммы его теплового элемента подается стабилизированное напряжение. Под его действием в электрической цепи протекает ток, значение которого при комнатной температуре остается практически неизменным. Когда же на тепловой элемент начинает действовать открытый огонь, сопротивление датчика возрастает. Скорость изменения величины тока фиксируется электронной схемой, которая обычно настроена на увеличение 5 градусов в секунду. По достижении критической величины скорости нагрева датчик отправляет сигнал тревоги. Интегральные извещатели используются, как правило, на складах и в промышленных зданиях.

Еще одной группой датчиков пожара являются извещатели пламени. Они реагируют на открытый огонь благодаря чувствительному фотоэлементу. Он фиксирует появление одного из спектров оптических волн или его полный диапазон. Самые простые модели этого типа могут срабатывать от яркого света солнца, ламп и помех оптического спектра. Для устранения ложных срабатываний используются специальные фильтры. В силу дороговизны и сложности конструкции извещатели пламени применяются на промышленных предприятиях.

Для минимизации ложных срабатываний существуют также комбинированные устройства, которые сочетают в себе возможности дымовых и тепловых моделей, а также извещателей пламени. Они имеют инфракрасный, тепловой и оптический сенсоры и могут быть настроены как на срабатывание от каждого датчика отдельно, так и при их одновременном сигнализировании. В особо важных промышленных помещениях и вовсе применяют четырехканальные комбинированные извещатели, которые вдобавок учитывают появление угарного газа.

Датчики дыма: типы, принципы работы и назначение

Датчик дыма (анализатор дыма, извещатель пожарный дымовой) — это устройство, улавливающее дым в помещении на ранних стадиях развития пожара и извещающее об этом хозяев дома.

Самые популярные устройства — датчики дыма с сиреной, но оповещать об опасности также может свет стробоскопов или речевой сигнал. В некоторых моделях можно даже настроить сенсорное оповещение — вибрацию кровати или подушки.

Современные устройства могут служить частью умного дома и оповещать о пожаре через уведомление на смартфоне. Так Вы узнаете о возникшей проблеме, даже если не находитесь дома.

Размеры, время срабатывания и точность приборов зависят от производителя и конкретной модели.

Виды датчиков дыма

Видов пожарных датчиков дыма несколько, но этапы их работы приблизительно одинаковые:

1. Сканирует воздушную среду.
2. Анализирует собранные данные и «понимает», превышают ли данные заданную в программе норму.
3. Обнаруживает задымление.
4. Подает тревожный сигнал.

Оптико-электронные датчики

В оптико-электронные датчики заложена оптическая система. Грубо говоря, она состоит из четырех элементов:

1. Светодиод (передатчик, излучатель) — выпускает инфракрасный луч света.
2. Фотодиод (фотоэлемент, приемник) — преобразует свет от светодиода в электрический сигнал.
3. Микропроцессор — анализирует полученные данные.
4. Извещатель — подает сигнал тревоги.

Также некоторые модели имеют «тестовую» кнопку на корпусе, которая имитирует срабатывание датчика и используется при пуско-наладочных работах.

Электронные датчики дыма делятся на точечные и линейные.

Точечные датчики

Вспомните, как работает точечное освещение: небольшие светильники круглой формы без дополнительных конструкций могут наполнить светом небольшое пространство. Примерно так же работают и точечные датчики дыма.

Все элементы конструкции соединены в едином корпусе, как правило, круглой формы. Датчики предназначены для охраны небольших помещений с нормальными условиями микроклимата, без высокой запыленности и загазованности — в вестибюлях, обычных жилых комнатах, офисах, гостиничных номерах.

В обычном состоянии световой луч направлен мимо фотодиода. Но если внутрь датчика проникает дым, инфракрасное излучение отражается от твердых дымовых частиц и попадает на фотодиод. Микропроцессор анализирует попадание дымовых частиц и посылает команду извещателю, который оповещает об опасности.

Светодиод и фотодиод находятся в дымовой камере из черного матового пластика, которая не пропускает обычный свет и крупную пыль и вместе с тем беспрепятственно пропускает воздух

Точечные датчики наиболее распространены и просты в исполнении. Выбор на рынке огромный, стоимость небольшая — от 500 рублей. Монтаж несложный — покупатель может осуществить его самостоятельно с помощью дюбелей и саморезов. Размещают его, как правило, на потолке: теплый воздух поднимается наверх, и так датчик обнаружит возгорание быстрее.

Линейные датчики

Линейные датчики бывают «классическими» двухкомпонентными и более современными однокомпонентными.

Двухкомпонентные состоят из излучателя (передатчика) и приемника. Излучатель формирует инфракрасный луч и «пускает» его по периметру помещения. Когда возникает задымление, частицы дыма частично перекрывают луч, поэтому он доходит до приемника медленнее и с менее интенсивной яркостью. Приемник считывает эту информацию и запускает сигнал тревоги.

Излучатель и приемник можно размещать на расстоянии до 100 м друг от друга, поэтому линейный дымовой датчик рассчитан на помещения большой площади со сложными конструкциями потолков и перекрытиями.

Однокомпонентные устройства представляют собой единый корпус — в нем соединены излучатель и приемник. На противоположную стену от однокомпонентного датчика устанавливается пассивный рефлектор (отражатель) — призма, отражающая лучи, но не принимающая их. Так, инфракрасный луч пересекает помещение дважды, отражаясь от рефлектора, и возвращается на приемник.

Однокомпонентный датчик считается одним из самых точных: сигналы, поступающие от лучей, содержат больше информации, и сокращается риск ложных срабатываний. При большой площади помещения можно использовать один рефлектор для нескольких датчиков, если он способен отражать лучи от нескольких источников.

Считается, что линейные датчики превосходят точечные по чувствительности и скорости срабатывания.

Аспирационные датчики

Название этих датчиков происходит от термина «аспирация». Дословно он означает «вдыхание», а в контексте вентиляции и пожарной безопасности — принудительный забор воздушной среды из помещения или производственного оборудования за счет вентилятора или насоса.

Датчиками назвать их сложно: конструкция слишком громоздкая. Чаще их называют аспирационными извещателями. Состоят они из следующих элементов:

1. Приемный блок (модуль) — содержит внутри передатчик и приемник.
2. Передатчик — инфракрасный лазер.
3. Приемник (фотодиод).
4. Вентилятор или воздушный насос — в зависимости от модели.
5. Трубопроводы с отверстиями.

Вентилятор или насос нагнетает воздух из помещения в трубопроводы, лазер передает информацию о задымлении приемнику, приемник активирует сигнал тревоги.

У аспирационных систем три главных преимущества:

1. Высокая чувствительность — это позволяет устанавливать их на объектах с нестандартными условиями воздушной среды: на запыленных или взрывоопасных цехах, производственных помещениях, с очень высокой или низкой температурой воздуха, с перекрытиями и многоярусными конструкциями.
2. Сам блок находится, как правило, вне контролируемых помещений, а потому защищен от внешних воздействий.
3. Длина и высота трубопроводов позволяет размещать их в помещениях с большой площадью.

Цена аспирационных извещателей может доходить до 200 тысяч рублей, поэтому купить такой датчик дыма в квартиру — не самое разумное решение 🙂 Ими пользуются музеи, галереи, аэропорты, склады, торговые залы и т. д.

Ионизационные датчики

Ионизационный извещатель — это блок с двумя пластинами. На пластины воздействует ток, который образуется посредством ионизации. Для ионизации используется радиоактивный материал. Когда в блок поступает дым, его частицы снижают напряжение между пластинами. Снижение напряжения до определенного показателя переводит датчик в состояние тревоги.

Ионизационные датчики используют редко, поскольку ионизация может быть вредна для человека.

Другие классификации

По способу подключения:

1. Автономные — работают от батареек.
2. Подключенные к электропроводке. Некоторые модели данной группы имеют резервное питание от батарейки на случай отключения электричества.

По характеру передачи информации:

1. Пороговые. Срабатывают только если концентрация частиц дыма превышает заданный «порог».
2. Аналоговые. Измеряют уровень задымления в реальном времени и отправляет их на контрольно-приемное устройство (например, компьютер с программным обеспечением) посредством электропроводов.
3. Радиоканальные. В отличие от аналоговых, они беспроводные и связываются с приемным устройством посредством радиосвязи.

Требования к датчикам дыма

Нормативные требования к дымовым извещателям описаны в документе СП 54.13330.2016 «Здания жилые многоквартирные». Приведем некоторые из них:

• Точечные извещатели следует устанавливать под перекрытием. Если это невозможно, допускается размещение на колоннах, стенах и других несущих конструкциях.
• Если точечные извещатели устанавливаются на стенах, они размещаются на расстоянии не менее 0,5 м от угла.
• При размещении датчиков на высоте более 6 м необходимо обеспечить доступ к ним для обслуживания.
• Расстояние от датчика до приточного вентиляционного отверстия должно быть не менее 1 м.
• Датчик должен размещаться на расстоянии не менее 0,5 м до близлежащих предметов, оборудования и электросветильников, чтобы электромагнитные помехи и световое излучение не мешало работе устройства.
• Если датчик расположен под фальшпотолком и в других «скрытых» местах, необходимо обеспечить к ним доступ.
• Излучатель и приемник линейного датчика должны быть установлены таким образом, чтобы им не препятствовали какие-либо объекты.

Как выбрать датчик дыма в квартиру

Аспирационные, ионизационные и линейные датчики избыточны для обычных жилых помещений — достаточно точечного пожарного извещателя.

Многие современные модели датчиков можно связать с умным домом. Например, противопожарный датчик дыма Rubetek можно использовать как самостоятельное устройство, так и в одноименной экосистеме.

При подключении датчика к системе через мобильное приложение на Ваш смартфон будут приходить мгновенные push- или смс-уведомления о задымлении. Датчик беспроводной и передает данные на телефон в режиме реального времени по радиоканалу. Также он заранее уведомляет Вас о низком заряде батареи, чтобы защита от пожара не прервалась в неожиданный момент.

С помощью приложения можно создавать сценарии взаимодействия датчика с другими устройствами. Например, приточный очиститель бризер 3S Rubetek можно запрограммировать так, чтобы он прекратил подавать воздух в комнату при обнаружении датчиком возгорания или задымленности.

Принцип работы и конструкция датчика дыма — возможно ли сделать самому?

Дымовой извещатель одно из самых распространенных устройств в системах пожарной сигнализации и пожаротушения. Прибор реагирует на продукты горения, их способность изменять оптическую среду, инфракрасное излучение объекта и другие признаки, по которым можно зафиксировать возгорание. Благодаря тому, что дым даже в малых количествах сильно меняет оптическую прозрачность атмосферы и сразу поднимается кверху, его достаточно просто фиксировать. Это позволяет определять очаг возгорания на ранней стадии, что объясняет распространение данных извещателей. Но для эффективного их использования необходимо знать, как работает датчик дыма, как он устроен, и учитывать это при выборе места монтажа.

Конструкция датчика дыма

Точечный дымовой извещатель состоит из двух частей. Первая выглядит, как плоский цилиндр с четырехконтактной площадкой (называется розетка), он крепится на потолок или стену. Вторая рабочая часть выглядит, как двухступенчатый усеченный конус. В его основании находится электронный блок, а в вершине дымовая камера. Части легко размыкаются потому, что приходится периодически датчик снимать. Это сделано для того, чтобы очищать его от пыли и проведения регламентных работ или быстрой замены. Подключение датчика дыма осуществляется простым поворотом на розетке. Для контроля наличия извещателя в розетке имеются два контакта, замыкающиеся после установки прибора. Иногда требуется отключить датчик дыма, как в случае производства пыльных работ в комнате. Для этого он просто выкручивается из розетки.

Оптический извещатель возгорания использует эффект рассеяния излучателя. Он устанавливается так, чтобы его свет не попадал на фотоприемник. При наличии дыма в датчике прозрачность воздуха меняется, и свет отражается на фотодиод, что вызывает срабатывание сенсора. Дымовая камера имеет сложную форму. Она обеспечивает свободное движение воздуха, минимизирует попадание пыли и защищает от электромагнитных помех. Кроме этого, за счет черных изогнутых пластин, расположенных по периметру камеры, препятствует попаданию внешних источников света и излучения от светодиода за счет многократного отражения на фотодиод. Практически все излучение, попадающее на пластины, поглощается ими.

Схема подключения дымовых датчиков пожарной сигнализации – традиционная, по четырехпроводному кабелю. Два провода идут на питание, по третьему подается сигнал тревоги в случае обнаружения дыма и по четвертому контролируется наличие извещателя в розетке.

Принцип работы датчика дыма

По принципу работы пожарные дымовые датчики делятся на два типа: оптические и ионизационные. Первые бывают:

• точечные;
• линейные;
• аспирационные.

Вторые устройства разделяются на две группы: радиоизотопные и электроиндукционные, применяются в особо ответственных помещениях.

Точечные дымовые датчики используют свойство серого дыма рассеивать инфракрасное излучение. Излучатель и приемник находятся в одном корпусе. Дым, попадая в прибор, вызывает изменение оптической среды, что приводит к отражению излучения светодиода на фотодиод. Если мощность излучения, попавшего на фотоприемник будет больше какого-то порогового значения, то прибор сработает.

Линейные дымовые датчики состоят из двух частей: излучателя и приемника. Они устанавливаются под потолком на стенах напротив друг друга в прямой видимости. Принцип работы датчика задымления заключается в следующем. Излучатель (светодиод) постоянно включен. Приемник (фотодиод) все время контролирует мощность принимаемого сигнала. При изменении излучения больше определенного предела сенсор срабатывает. Схема подключения пожарных дымовых датчиков данного типа отличается от обычных однокорпусных тем, что присутствует дополнительный кабель питания на излучатель.

Принцип действия аспирационного датчика дыма заключается в принудительном отборе воздуха из атмосферы охраняемого помещения и последующем контроле его состояния с помощью сверхчувствительных лазерных дымовых сенсоров. Используется в «чистых» производственных зонах, серверных, операционных и других местах, где особенно требуется раннее обнаружение возгорания. Имеет высокую стоимость.

Радиоизотопный датчик облучает атмосферу камеры, ионизируя ее. На электроды, введенные в область ионизации, подается напряжение, и возникает ионизационный ток. При попадании смога ионы воздуха начинают прилипать к крупным и менее подвижным частицам дыма. Это приводит к уменьшению ионизационного тока, что сигнализирует о наличии возгорания. Датчик эффективен при обнаружении черных дымов, поглощающих ИК излучение. Из-за радиоактивного излучения не применяется в жилых зданиях.

Электро-индукционный датчик имеет электрический насос, который засасывает воздух в газовую трубку, где под воздействием коронного разряда заряжается. Двигаясь дальше, и попадая в камеру с измерительным электродом, наводит на нем потенциал пропорциональный объему заряженных частиц. Электронный блок обрабатывает амплитуду, скорость его нарастания и выдает сигнал тревоги, в случае превышения пороговых значений. Используется на международной космической станции «Мир».

Можно ли датчик дыма сделать своими руками?

Проще всего сделать оптический линейный извещатель дыма. Схема состоит из двух светодиодов, фототранзистора, операционного усилителя, переменного сопротивления и пьезокерамического излучателя. Вся конструкция выполняется на одной плате. Свет от первого светодиода, открывает фототранзистор, и напряжение с эмиттера поступает на инвертирующий вход операционного усилителя. На другой вход усилителя через переменный резистор поступает потенциал, который регулирует чувствительность прибора. При нарушении баланса между входами усилителя из-за присутствия дыма на выходе появляется сигнал, включающий второй индикационный светодиод и пьезо-сирену. Устройство можно даже подключить как датчик дыма в пожарную сигнализацию.