温度探测(1)讲解.ppt

1010 点 评 l 6年（至10年第14届）来火灾探测机理无突破 l 热点技术： ü 极早期高灵敏空气采样式探测技术 ü 光纤光栅测温技术 ü 光纤拉曼散射测温技术 1111 第二章第二章 火灾温度探测火灾温度探测 1212 §1 导言 §2 热电偶和热电阻 §3 热敏电阻 §4 PN结型温度传感器 §5 光纤测温传感器 1313 l l 感温火灾探测器发展过程：感温火灾探测器发展过程： 感温火灾探测器是发展最早的火灾探测器 1890年英国最早研制成功感温火灾探测器； 1896年英国出版的保险商手册中介绍了几种定温火灾探测器； 20世纪初定温探测器得到改进和发展；产生了双金属片式、双金属弹簧 圆盘式等定温探测器； §1 §1 导言导言 1414 之后相继研制出了双金属差温、膜盒差温、热敏电阻差温、半导体差 温、以及兼有差温和定温组合功能的火灾探测器； 50年代之前，感温火灾探测器占主要地位，现在使用量、在10% ~ 20% 20世纪20~30年代，发明差温火灾探测器，产生空气管式和机械式 探测器； 1515 l l 火灾过程温度变化火灾过程温度变化 温度检测（测量） 温度报警 1616 l 基本原理： 依热传输的方式--传导、辐射和 对流，用温度敏感元件（探测器） 测量火灾的温度信息。

l 分类： 感温火灾 探测器 { 点型 线型 { { 定温 差温 差定温 定温 差温 差定温 从传感器空间几何形状分 从报警 算法分 1717 v 差定温：兼有定温和差温两种功能 v 定温： 温度超过预定值时发出火灾报警信号 v 差温： 升温速率超过预定值时发出火灾报警信号 1818 定温型探测器 探测的是某段较长时间内温度超过阈值； 差温型探测器 探测的是某一时刻的变化率(dT/dt) 或某一短时间内温度的增量(⊿T/⊿t) 温度探测器分类温度探测器分类 温度探测器分类（续）温度探测器分类（续） 2121 q 温度敏感元件有下面几种类型： 1、易熔的金属材料或绝缘物，当温度升高到一定值时， 7、感温电缆 2、利用材料热胀冷缩原理制成的各种探测器 3、热电偶 4、热敏电阻 5、PN 结温度传感器 6、在不同密度介质中传播特性不同测温（光纤） l l 一般概念的感温火灾探测器一般概念的感温火灾探测器 动作部分：可以是接触点、波纹片和电子开关等 感温元件的固有特性决定了整个探测器的探 测性能 u 感温火灾探测器组成 感温部分 { 动作部分 感温部分：主要是指感温元件，如双金属片、吸 热罩壳、空气管和热敏电子器件等； 2323 uu 温度传感器响应的一般形式温度传感器响应的一般形式 火灾过程中,着火源一般主要通过空气对流和辐射形式使环境温度升高(变 化),感温探测器利用感温元件的感温头(面)以热传导方式把环境温度的变化转 化成其它形式的物理量，如电压、电流和位移等，达到探测火灾的目的。

2424 设感温元件的有效热容量为C、有效面积为A和热传导系数为K，其处于环 境温度（变化）函数为f（t）的自由空间中，热敏感元件的温度（变化）函数 Q（t ）在 t 时刻的变化率可用下式表示，即 dQ／dt ＝（KA／C）[ f(t)-Q(t)] ( 2-1 ) ＝ KA[ f(t)-Q(t)]／C 为单位时间传感器获得 的热量 2525 在火灾形成过程中，环境温度函数 f(t) 具有递增的性质为了分析方便，它 通常使用线性升温函数来描述，即： f（t）＝ a t (2-2) f t a ---为升温速率 0 2626 0， t = 0 f（t）= (2-3) Q1， t 0 有时火灾形成过程极短，它亦可近似地用阶跃函数来表示，即： f t Q1 0 Q1 --- 阶跃温升 2727 对式(2-1)求解，可得到感温元件的温度表达式 设 t = 0 时， Q = 0，那么在环境温度按式(2-2)呈线性升温时，热敏感元件的温度表达式为 ： Q = a [ t -Tc ( 1- e – t / Tc ) ] (2-4) 感温元件相应的温度（升 ）曲线 Tc -- 感温元件的 时间常数 Tc = C /（KA） ---（2 - 5） Tc 2828 同样，在 t = 0 时 Q = 0 的条件下，当环境温度按式(2-3)阶跃上升时，热敏感元件的温升 表达式为 Q = Q1(1- e - t／Tc ) (2-6) 感温元件相应的温度（升 ）曲线 Tc = C /（KA） = cm0 /（KA）--（2-7） 式中： mo -材料质量 c -比热容 2929 动作温升：在温度变化率极低的升温作用下感温探测器发出火灾报警信号时感 温元件的温度升高（量）QA，性升温作用下，当t Tc时, 由式(2-4)可得 QA = a (t-Tc) (2-8) 差温探测器无动作温升的概念。

我们这里所讲的动作温升是以标准温度250C为 基准的在工程实践中，例如在感温探测器的设计、生产和应用中常用另外一个概 念，即 3030 动作温度（QA’）：感温探测器发出火灾报警时的 温度，动作温度比动作温升高25℃ 响应时间：探测器性升温的作用下发出火灾报 警信号所需时间，用tR表示 如果有tR Tc，则响应时间可为： tR= QA/a + Tc (2-9) 3131 uu 感温探测器的响应特性分析感温探测器的响应特性分析 l、感温探测器的灵敏度 响应时间tR 表示感温探测器的灵敏度点型定温、差定温感温探测器普遍采用的响 应时间如下表所示 min 3232 uu 感温探测器的响应特性分析感温探测器的响应特性分析 min ∞(阶跃升温) 20s 40s 60s tR= QA/a + Tc = ((62-25)/1)+20” =37’20” tR= QA/a + Tc = ((78-25)/5)+60” =11’36” 3333 此表的最大响应时间(tR)max是根据式(2-9)计算出来的计算条件为： ① 感温元件热时间常数： I级灵敏度 20s Ⅱ级灵敏度 40s III级灵敏度 60s ② 探测器的动作温度 QA’ 满足下列要求： QA’ ≥54℃，且对I、II、Ⅲ级灵敏度探测器来说，分别不大于62℃，70℃，78℃。

Tc 值 3434 表中的最小响应时间(tR)min比式(2-9)计算出来的短，而且升温速率a越 大，它短得越多（相对）这主要是考虑到在实际环境中，通过对流作用将 热从热源传递至探测器感温元件需要一定的时间，且存在一定的热损失如 果按理论推导的时间来规定，就会使实际的响应时间过长（规定更严了） 3535 下图为按理论计算的定温和差定温探测器的以及经过修正的最小响应时 间曲线纵坐标表示温升(比实际温度低25℃)；虚线是未经修正的最小响应 时间曲线 2、响应特性曲线 3636 定温和差温探测器的响应特性曲线 370 C（62-25） 450 C（70-25） 530 C（78-25） 升温速率升温速率 温 升 响应时间 3737 由式(2-9)可见：性升温条件下，升温速率a越高，感温元件的热时间常数Tc越小，响应 时间tR也就越短感温元件热时间常数Tc对探测器的响应特性有着本质的决定性的影响 由式(2-7)热时间常数Tc的表达式可知，感温元件的热时间常数与感温元件的材料质量mo 、比热容c成正比，与传导系数K及有效面积A成反比感温元件的时间常数是感温元件的固有 特性，其物理意义在于，它表征感温元件的热惯性或对温度响应的滞后。

感温元件的热时间常数可以这样定义：感温元件在阶跃升温Q1作用下，自身升温达到 0.63Q1时所需的时间 3、感温元件时间常数 Tc 的影响 3838 感温元件阶跃温升作用下的温度（升）曲线 0.63Q1 Tc 3939 电子感温元件的热时间常数较小，一般可达到0.1～10S或更低机械式感温元件的热间 常数较大，多在20s以上 为了减小感温元件的时间常数，应该减小cm0／A值，这意味着感温元件要采用轻质、比 热容小的材料，吸热面积越大越好在电子感温元件外面加上吸热体必须遵循上述原则由 于表面积小，电子感温元件本身的Tc值做得很小时有困难，加上吸热体后，虽然增加了一定 质量，但吸热体本身的cm0／A值很小，从而降低了整体Tc值因此，吸热体对改善电子感温 元件的响应特性有着重要的作用 对I、Ⅱ、III级灵敏度的探测器来说，其感温元件的热时间常数Tc应分别不超过20s、40s 和60s，否则达不到规定的响应时间的要求 4040 4、差温探测器的响应特性 差温探测器只对温度的变化率敏感，差温探测器感温元件只探测观察周期始末的状态差 值感温元件的热时间常数越小，观察周期内发生的状态变化就越明显 电子式差温探测器中，一般使用两个感温元件。

一个感温元件暴露在被测空间，其热时 间常数很小，用以跟踪环境温度的变化,而另一个感温元件的热时间常数较大，其输出落后于 环境温度的变化，从而产生差值如果观测周期内此差值超过给定值，火灾探测器发出报警 信号但第二个感温元件的时间常数只是大而已，当环境温度变化速率低时，它仍可跟踪环 境温度的变化，应尽量避免其跟随环境温度 4141 机械膜盒式差温探测器中，观测周期始末的状态差值是膜盒（一个）容 积的变化 含微处理器的感温探测器使用一个感温元件，它的数据采集和处理系统 可以算出任何观测周期始末的状态差值 4242 5、定温、差定温型探测器的区别 定温探测器是以标准温度25℃作为基准点来测量温升的，因此在温度达到54℃之前，I 、Ⅱ、Ⅲ级灵敏度的探测器均不应动作 前表所列的动作时间上限(tR)max，是按感温元件热时间常数Tc为20s、40s和60s计算的 ，因此当感温元件的时间常数Tc大于20s、40s和60s时，是达不到该表规定的相应灵敏度等级 时间上限的要求的反之，当感温元件的热时间常数Tc小于或等于20s、40s和60s时，就能满 足相应等级灵敏度的要求因此在响应时间上限方面,定温、差定温没有表现出区别来。

4343 前表所列响应时间下限，是考虑火灾救护的实际需要，对理论计算值修正后规定下来的 假定感温元件的热时间常数Tc=0，那么根据式(2-9)计算所得的响应时间下限(tR)min 如 表2-3所示很明显，对定温型探测器来说，是不可能达到经过修正后规定的响应时间(前表) 的下限 表2-3 Tc＝0 时定温型探测器响应时间的下限 a(0C·min-1)135102030 (tR)29’9’40”5’48”2’54”1’27”58” 4444 在理论上，定温和差定温型的临界响应时间为表2-3所列的数值因此可以说，只有差定 温探测器有可能达到表2-3所规定的响应时间下限 另外，国家标准GB4716—93《点型感温火灾探测器技术要求和试验方法》中还规定差定温 型探测器在30s内响应29℃阶跃温升 按式(2-5)计算出热时间常数Tc等于20s、40s和60s的感温元件，在30s内的温升分别为 22.5℃、15.3℃和11.4℃，相应的温度应为47.5℃、40.3℃和36.4℃，均低于54℃ 定温探测器是无法在这些温度上动作的 4545 vv 几种机械点式感温探测器几种机械点式感温探测器 4646 vv 几种机械点式感温探测器几种机械点式感温探测器 常开 常闭 4747 vv 几种机械点式感温探测器几种机械点式感温探测器 4848 vv 几种机械点式感温探测器几种机械点式感温探测器 4949 vv 几种机械点式感温探测器几种机械点式感温探测器 隔热材料屏蔽 2-1 → 差温 3-1 → 定温 2-3 → 差定温 5050 vv 电子式差定温火灾探测器电子式差定温火灾探测器 原理图 5151 u 空气管型感温探测器 5252 。