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工业防火防爆实验报告
学院：环境与资源学院
专业：安全工程
姓名：李菁
学号：060900226
指导老师：杨健
报告日期: 2012年4月15日
火灾模拟、报警、检测及控制实验
[实验目的]
1了解火灾自动报警系统的组成；
2理解火灾发展过程的特点，以介质的燃烧发烟量作为探测参数，观察系统报警与灭火的动作过程；
3掌握感烟探测器的火灾探测特点，理解掌握湿式报警阀、闭式喷头的工作原理。
[实验设备和材料]
1实验仪器
火灾报警与控制模拟系统。
2实验材料
电、烟气、声光
[实验原理和方法]
火灾报警与控制模拟系统分系统、区域、单元3个层次，能够实现火灾的探测、显示与控制，其示意图为：
图1控制面板示意图
图2控制器联接图
图3探测器联接图
图4探测回路关联图
(1)感温火灾探测器的工作原理
感温火灾探测器是对警戒范围中的温度进行监测的一种探测器，物质在燃烧过程中释放大量的热，使环境温度升高，探测器中热敏元件发生物理变化，从而将温度转变成为电信号，转输给控制机，发出火警信号。感温火灾探测器种类繁多，根据其感热效果和结构型式，可分为定温式、差温式及差定温组合式三类。
（一）点型定温火灾探测器
点型定温火灾探测器是一种对警戒范围内某一点周围温度达到或超过预定值时便发出火警信号的探测器。其热敏元件为不同种类的双金属片、热敏电阻、半导体P-N结等。其动作范围为60℃∽150℃ 。它适用于环境温差变化不大或温度较高的场所。
1．双金属定温火灾探测器
双金属火灾探测器是以具有不同热膨胀系数的双金属片为敏感元件的定温火灾探测器。其常用结构形式有圆筒状和圆盘状两种。
A．圆筒状结构，双金属定温火灾探测器是由不锈钢管、铜合金片以及
调节银柱等组成。两铜合金片上各装有一个电接点，其两端通过固定块分别固定在不锈钢管和调节螺栓上。调整调节螺栓可以加大或缩小两接点间的距离，即改变动作温度。
由于不锈钢的膨胀系数大于铜合金片，当温度升高时，不锈钢外筒的伸长大于铜合金片，因此铜合金片被拉直。在圆筒状常开结构中，两接点闭合发出报警信号；在圆筒状常闭结构中，两接点打开发出报警信号。
B．圆盘状结构，双金属定温火灾探测器由双金属片热继电器加装吸热片等组成。当温度升高时，双金属片热继电器通过吸热片吸收热量，当温度达到或超过预定值时，双金属片翻转，电接点闭合发出报警信号。
2．热敏电阻及半导体P-N 结为敏感元件的定温火灾探测器。
热敏电阻定温火灾探测器的电路原理如图5所示：
图5 热敏电阻定温火灾探测器电路原理图
当温度升高时，热敏电阻场（负温度系数）随温度的升高电阻值变小，A 点电位升高，当温度达到或超过预定值时，即A 点电位升高到高于B 点电位时，电压比较器输出高电位，经信号处理后输出火灾报警信号。
P-N 结半导体定温火灾探测器电路原理图，只要将图5中的热敏电阻街换成P-N 结半导体，并重新调整参数，即可构成，其工作原理也大致与热敏电阻定温火灾探测器相同。
本模拟系统采用的是半导体P-N 结为敏感元件的定温（分为58℃、63℃和68℃三种）火灾探测器。
本模拟系统采用的是半导体P-N 结为敏感元件的定温（分为58℃、63℃和68℃三种）火灾探测器。
（二）差温火灾探测器
差温火灾探测器是对警戒范围内某一点周围的温度上升速率超过预定值时便发出火警信号的探测器。其热敏元件为热电偶或热敏、半导体。但由于在一些阴燃熏烧的火灾中，环境温度往往以小于了1℃/min 的温升速度缓慢
上升，即使上升至100℃ 或更高，差温火灾探测器也不会动作，所以在实际使用中差温火灾探测器很少单独使用。
下图6是一种膜盒式点型差温探测器，当环境温度达到双定的升温速率以上时动作。这种探测器主要由感热室、膜片、泄漏愁及接点等构成。当有火灾时，感热室内的空气随着周围温度的急剧上升而迅速膨胀，膜片受压使接点闭合，发出报警信号。如果环境温度缓慢变化时，由于泄漏孔的作用，空气室内的气体被泄漏，膜片保持不变，接点不会闭合。
图6膜盒式点型差温探测器
（2）感烟火灾探测器的工作原理
感烟火灾探测器是一种感知燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。用于探测火灾初期的烟雾，并发出火灾报警讯号的火灾探测器。它具有能早期发现火灾、灵敏度高、响度速度快、使用面较广等特点。
感烟火灾探测器分为点型感烟火灾探测器和线型感烟火灾探测器。
（一）点型感烟火灾探测器
点型感烟火灾探测器是对警戒范围中某一点周围的烟参数响应的火灾探测器，分为离子感烟火灾探测器和光电感烟火灾探测器两种。目前被广泛使用的便是光电感烟火灾探测器。
1.离子感烟火灾探测器
离子感烟火灾探测器是核电子学与探测技术的结晶，应用烟雾粒子可改变探测器中电离室的离子电流原理的火灾探测器。图7为离子感烟火灾探测器工作原理图，其工作原理是：
图7离子感烟火灾探测器工作原理图
离子感烟火灾探测器是利用电离室的离子流的变化基本正比于进入电离室的烟雾浓度大小来探测烟雾浓度的。电离室内的放射源（放射性元素“媚241”）将室内的纯净空气电离，形成正负离子，当两收集极板间加一电压后，在极板间形成电场，在电场的作用下，离子分别向正负极板运动而形成离子流；当烟雾粒子进人电离室后，由于烟雾粒子的直径大大超过被电离的空气离子的直径，因此，烟雾粒子在电离室内对离子产生阻挡和俘获的双重作用，从而减少了离子流。离子式烟雾火灾探测器内有两个电离室，一个为烟雾粒子可以自由出人的外电离室（或称为测量电离室） ，另一个为烟雾不能进入的电离室（或称为平衡电离室），两个电离室串联并在两端外加电压。正常状态下V=V1 + V2 ，当烟雾进人外电离室时离子流减少使两个电离室电压重新分配，V1 变成V11 , V2 变成V22 ，当V11
由于离子感烟火灾探测器电离室内的放射源（放射性元素“媚241”），特别是在制造、运输以及弃置等方面对环境造成污染，威胁着人的生命安全。因此，这种产品在欧洲现已开始禁止使用，在我国也终将成为淘汰产品。
从原理上可知，只要微粒进入外电离室便会影响离子流降低，探测器就会报警，而探测器本身无法辨识进入外电离室的是什么微粒。故抽烟的烟、炒菜的烟、甚至大量灰尘、水蒸汽、化学气体等进入外电离室都会导致离子式感烟火灾探测器发出报警信号，这就是通常人们称之的“误报”。也就是说离子式感烟火灾探测器的误报根本原因来自探测器本身。从这个角度出发，离子感烟火灾探测器误报也是其被淘汰的原因之一。
2.光电式感烟火灾探测器
光电式感烟火灾探测器是利用烟雾粒子对光线产生散射、吸收原理的感烟火灾探测器。传统的光电式感烟火灾探测器其工作原理如图8所示：
正常情况下，光源（发光二级管）的光被挡板挡住没法进人接收极（光敏器件），因此接收极没有信号输出。当烟雾粒子进入探测器时，烟雾粒子对发光二极管发出的光线产生散射从而将光信号送至接受极并发出报警信号。从图9的曲线2中可以看到，这种传统光电式感烟火灾探测器有一个很大的缺点就是对黑烟灵敏度很低，对白烟灵敏度较高，因此，这种探测器适用于火情中所发出的白烟的情况，而大部分的火情早期所发出的烟都为黑烟，所以便大大地限制了这种探测器的使用范围。
图8传统式光电感烟火灾探测器工作原理示意图
图9 各种感烟火灾探测器感烟曲线图 烟雾种类
温度变化 光敏器件 光敏器件 遮光板 烟 光源 光源
遮光板
在新型光电式感烟火灾探测器中，主要从光学的原理上提高探测器灵敏度，如发光二极管与接收极间的角度从传统式的150度改为120度，最重要的是装设了迷宫式光栅，它可增加烟雾在探测器内的停留时间，而且可防止外界光线对它的干扰，另一方面，探测器内装设了优质的放大电路而提高它的灵敏度，这种新型光电式感烟火灾探测器目前已成功地替代离子感烟火灾探测器，彻底解决了离子感烟火灾探测器对环境污染的问题，它的出现立即受到世界环保组织和广大用户的欢迎。至今，世界上许多地区例如欧洲等地区已规定，不准新装离子感烟火灾探测器，而代之以新型光电式感烟火灾探测器。
本模拟系统采用的就是这种新型光电式感烟火灾探测器。
（二）红外光束火灾探测器
目前生产和使用的线型感烟火灾探测器都是红外光束型的感烟火灾探测器，它是利用烟雾粒子吸收或散射红外线光束的原理对火灾进行监测。其工作原理如图9所示。
图9红外光束火灾探测器工作原理图
在正常情况下，发射器发出的红外线光束顺利地被接收器所接当有火情时，烟雾扩散至红外线光束通过的空问，即对红外线光束起到吸收和散射的作用，使之到达接收器的光信讯号减少，从而输出火灾报警信号。
红外线线型感烟火灾探测器的优点为监视范围广、保护面积大等，最远距离可达 100m，适用于在火灾初期有烟雾出现的空间范围大的场所，如大接收器 接收器 发射器
发射器
有火情状态
型仓库、生产工场、有盖广场、屋顶结构复杂及古建筑物等地方。其缺点为价格昂贵、由于发射器与接收器的距离较远，安装接线较复杂以及在调试时发射器和接收器对正调校较困难等。
目前最新推出的一种新型的红外线线型感烟火灾探测器，它的发射器与接收器都放置于保护范围的一侧，另一侧装设了反射装置，如图10所示。
图10新型红外感烟探测器工作原理图
正常情况下，红外线光束射向反射装置上，再由反射装置反射至接收器上。当有火情时，反射至接收器的光信号减少，于是输出火警信号。当烟雾遮挡达到30％时报警，遮挡100％时显示故障。
反射装置的大小视保护范围内发射接收器至反射装置的距离而定，距离远时反射装置面积大，反之为小。
这种探测器彻底解决了调试中发射器与接
线，方便了施工。
应该经常保持洁净。维护其透光性，以确保探测器灵敏度。
(3)紫外感光火灾探测器的工作原理
紫外火焰探测器是对紫外光辐射响应的感光火灾探测器。其灵敏度高、响应速度快，对于爆燃火灾和无烟燃烧（酒精等）火灾尤为适用。其结构如图 11所示。