Ионизационный пожарный извещатель – это высокотехнологичное автоматическое устройство для регистрации очага пожара по появлению в газовоздушной среде защищаемого помещения летучих продуктов процесса горения – мельчайших частиц копоти, гари. Такой способ обнаружения основан на свойстве ионизированного воздуха притягивать частицы дымового потока, что и послужило появлению такого названия.
По своей эффективности, это одна из последних ступеней технического развития дымовых пожарных извещателей, сравнимая по чувствительности, скорости/инерционности обнаружения характерных признаков процесса горения с образованием дымов, лишь с газовыми, аспирационными, проточными датчиками; превышая показатели оптико-электронных устройств, предназначенных для таких же целей.
Ионизационные пожарные извещатели способны обнаруживать очаг возгорания не только на самой ранней стадии по появлению летучих частиц реакции горения, но и реагируют на любой их размер; а также цвет, зависящий от физико-химических параметров пожарной нагрузки в защищаемых помещениях, так называемый серый и черный дым; что недоступно большинству других автоматических устройств, фиксирующих образование дымового потока.
Из-за сложности производства, технического контроля при создании подобных устройств; необходимости утилизации/дезактивации, отслуживших свой срок ионизационных пожарных извещателей только на специализированных предприятиях атомной промышленности, созданы предпосылки для высокой стоимости изделий.
В силу наличия в них, пусть и в допустимых государственными нормами, небольшого количества радиоактивных веществ внутри миниатюрных радиоизотопных излучателей, являющихся неотъемлемым элементом конструкции в большинстве моделей изделий; отчасти из-за сформировавшегося предвзятого общественного мнения в нашей стране они серийно не производятся.
Однако, за рубежом их изготовление продолжается, и сертифицированные в установленном порядке изделия можно приобрести на российском рынке пожарно-технической продукции.
Виды
Согласно определения, данному в ГОСТ Р 53325-2012, это автоматическое устройство обнаружения очага возгорания, способ действия которого основывается на изменении значений электрического тока, проходящего через искусственно ионизированный воздух, при появлении в них дымовых частиц, образовавшихся в процессе горения твердых, жидких материалов.
По контролируемому признаку пожара, конструкции изделий, техническому устройству чувствительных элементов датчиков, способу обнаружения дымовых частиц к ионизационным пожарным извещателям относят два вида:
Радиоизотопный дымовой извещатель КИ-1
Радиоизотопные
Это дымовой пожарный извещатель, который срабатывает вследствие воздействия продуктов горения на ионизационный ток внутренней рабочей камеры извещателя. Принцип действия радиоизотопного извещателя основан на ионизации воздуха камеры при облучении его радиоактивным веществом. Принцип действия радиоизотопного извещателя основан на ионизации воздуха камеры при облучении его радиоактивным веществом. При введении в такую камеру противоположно заряженных электродов возникает ионизационный ток. Заряженные частички «прилипают» к более тяжёлым частичкам дыма, снижая свою подвижность — ионизационный ток уменьшается. Его уменьшение до определённого значения извещатель воспринимает как сигнал «тревога».
Структурная схема радиоизотопного пожарного извещателя РИД-1
Подобный извещатель эффективен в дымах любой природы. Однако наряду с описанными выше достоинствами радиоизотопные извещатели имеют существенный недостаток, о котором не следует забывать. Речь идёт об использовании в конструкции извещателей источника радиоактивного излучения. В связи с этим возникают проблемы соблюдения мер безопасности при эксплуатации, хранении и транспортировке, а также утилизации извещателей после окончания срока эксплуатации. Эффективен для обнаружения возгораний, сопровождающихся появлением так называемых «чёрных» видов дыма, характеризующихся высоким уровнем поглощения света.
Электроиндукционные
Аэрозольные частицы засасываются из окружающей среды в цилиндрическую трубку (газоход) при помощи малогабаритного электрического насоса и попадают в зарядную камеру. Под воздействием униполярного коронного разряда, частицы приобретают объёмный электрический заряд и, двигаясь далее по газоходу, попадают в измерительную камеру, где наводят на её измерительном электроде электрический сигнал, пропорциональный объёмному заряду частиц и, следовательно, их концентрации. Сигнал с измерительной камеры попадает в предварительный усилитель и далее в блок обработки и сравнения сигнала. Датчик осуществляет селекцию сигнала по скорости, амплитуде и длительности и выдаёт информацию при превышении заданных порогов в виде замыкания контактного реле.
Структурная схема электроиндукционного пожарного извещателя
Структурная схема электроиндукционного пожарного извещателя
- Высоковольтный модулятор.
- Регулятор напряжения.
- Блок питания.
- Усилитель.
- Блок обработки информации.
- Зарядная камера, электрод кольцо.
- Зарядная камера, электрод игла.
- Конденсатор.
- Резистор.
- Резистор.
- Стабилитрон.
- Индукционный электрод.
- Светодиод.
- Побудитель расхода аэрозоля.
- F – Выходной сигнал.
Конструктивно, измерительная линия представляет из себя цилиндрический газоход, на входе которого расположена зарядная камера типа игла-цилиндр, а на выходе измерительный электрод-кольцо и побудитель расхода воздушной смеси.
Основным параметром электроиндукционного пожарного извещателя, который позволяет применить плавающий порог, является его чувствительность, которая позволяет обеспечить устойчивый уровень электрического сигнала, пропорционального весовой концентрации аэрозоля, во всем его возможном диапазоне изменения.
В СП 5.13130.2009, о требованиях к проектированию систем АПС, АУПТ, выбор точечных дымовых пожарных извещателей рекомендовано выполнять в соответствии с их чувствительностью к различным типам дыма. По этому характерному показателю ионизационные пожарные извещатели находятся вне конкуренции среди подобных устройств, в т.ч. эффективно выявляют «черный» дым.
Принцип действия
Удивительна история изобретения дымового радиоизотопного детектора. В конце 1930-х гг. физик Вальтер Йегер занимался разработкой ионизационного датчика для обнаружения отравляющего газа. Он полагал, что ионы молекул воздуха, образованные под действием радиоактивного элемента (схема А, Б), будут связываться молекулами газа и за счет этого будет уменьшаться электрический ток в цепи прибора. Однако небольшие концентрации ядовитого газа не оказывали никакого влияния на проводимость в измерительной ионизационной камере датчика. Вальтер с расстройства закурил и вскоре с удивлением заметил, что микроамперметр, подключенный к датчику, зафиксировал падение тока. Оказалось, что частицы дыма от сигареты воспроизвели тот эффект, который не смог обеспечить отравляющий газ (схема В). Этот эксперимент Вальтера Йегера проложил путь для создания первого детектора дыма.
Основывается на фиксации, регистрации изменений показателей электротока, проходящего через ионизированные молекулы воздушной среды в чувствительном элементе датчика, при воздействии на них мелких частиц летучих продуктов реакции горения.
При попадании таких частиц в камеру датчика ионизационного дымового извещателя они за счет разности электрических потенциалов присоединяются к ионам, что снижает скорость их движения и, как результат, силу тока; при снижении их количества, удалении из чувствительного элемента устройства – сила тока начинает расти.
Уменьшение силы электротока, проходящего через ионизированный воздух, до порогового/критического значения, установленного настройками изделия, воспринимается устройством как признак обнаружения очага пожара в контролируемой зоне, защищаемом помещении; с формированием, передачей тревожного сообщения на приемно-контрольную аппаратуру установки АПС или блок управления системы автоматического пожаротушения.
Принцип работы радиоизотопных дымовых извещателей основывается на ионизации воздушной среды в контрольной камере чувствительного элемента, размещенного внутри корпуса изделия, при интенсивном излучении его маломощным узконаправленным источником радиоактивного излучения; в электроиндукционных пожарных датчиках ионизация воздуха осуществляется униполярным коронным разрядом электрического тока.
Конструкция
Получившего наибольшее распространение по сравнению с электроиндукционным устройством, ионизационного радиоизотопного дымового извещателя состоит из следующих элементов:
- Корпуса из высококачественного пластика, например, негорючего поликарбоната с отверстиями для входа и выпуска воздуха, дымовых газов, защищенными как мелкой металлической сеткой от проникновения насекомых, так и формой корпуса вокруг них, их расположением на нем для защиты от воздействия прямых воздушных потоков.
- Монтажной базы с электронной печатной платой, на которой установлены две, последовательно включенные в электрическую цепь ионизационные камеры – контрольная и измерительная; блок управления с микроконтроллером, предназначенный для обработки данных, передачи сигналов, адресации устройства; входными/выходными скользящими зажимными контактами/клеммами для подключения к шлейфу установки АПС.
- Конструктивно контрольная камера размещена внутри измерительной, являясь закрытым объемом, защищенным от проникновения частиц дыма; в то время как измерительная камера открыта, предназначена для свободного проникновения, фильтрации газовоздушной среды для фиксации происходящих в ней изменений.
Типовая конструкция ионизационного извещателя
- Компактного источника радиоактивного излучения, чаще содержащего ничтожно малое количество изотопа америция-241, нанесенного на металлическую фольгу, установленного внутри контрольной камеры. Его излучение проникает через обе камеры, образуя в воздухе положительно и отрицательно заряженные частицы – ионы воздуха; при этом радиоизотопный источник излучения несет положительный, а внешняя измерительная камера – отрицательный заряд. При подаче электропитания на входные контакты ионизационного пожарного извещателя внутри него возникает электрическое поле.
- При накоплении на сигнальном электроде, установленном на границе соединения контрольной и измерительной дымовой камер, положительного заряда достаточной силы, установленного настройками микроконтроллера; он через аналого-цифровой преобразователь, входящий в состав электронной интегральной схемы, формируется в тревожный сигнал, передаваемый на прибор/блок установки АПС.
Сила тока в ионизированном пространстве внутри такого пожарного извещателя остается стабильной только при сохранении нормальных условий в зоне контроля.
При малейших изменениях в воздухе ионизационные пожарные извещатели чутко реагируют, приводя в действие весь комплекс автоматической противопожарной защиты, что дает возможность, если не сразу ликвидировать очаг возгорания; то дать возможность локализовать его, дать время до прибытия пожарных подразделений, минимизировать материальный ущерб.
