Извещатель пожарный чувствительность 0.05 0.2 дб м. Подготовка к работе и монтаж

Реализован алгоритм автоматической компенсации чувствительности при запыленности оптической системы.
Цифровая обработка сигналов оптопары.
Постоянный самоконтроль электрической схемы с 30-секундным интервалом мигания светодиода.
Применение микропроцессора, позволяющего реализовать метод дискретной установки чувствительности датчика при его промышленной настройке (4 уровня чувствительности).
Чувствительность к дыму по всем направлениям.
Встроенная защитная сетка: надежная преграда для насекомых.
Исключение ложных срабатываний.
Неизменная чувствительность извещателя.
Индикация с углом обзора 360.
Диапазон питающих напряжений, В от 9 до 30.
Чувствительность извещателя от 0,05 до 0,2 дБ/м.
Инерционность срабатывания, не более 5с.
Ток, потребляемый извещателем при напряжении питания 20В:
- дежурный режим, не более 0,14 мА
- режим “тревога”, не более 20 мА.
Габаритные размеры: 80х54.

1 Назначение

1.1 Извещатель предназначен для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в помещениях различных зданий и сооружений.
1.2 Извещатель предназначен для круглосуточной непрерывной работы с пожарными приемно-контрольными приборами (ППКП), имеющими двухпроводную систему включения и обеспечивающих в шлейфе пожарной сигнализации напряжение
питания от 9 до 30 В.
1.3 Вид климатического исполнения извещателя УХЛЗ 1 по ГОСТ 15150.

2 Основные технические характеристики

2.1 Чувствительность извещателя, дБ/м	от 0,05 до 0,2
2.2 Инерционность срабатывания, с	не более 5
2.3 Напряжение питания, В	от 9 до 30
2.4 Ток, потребляемый извещателем при напряжении питания 20 В, мА, не более
- в дежурном режиме	0,14
- в режиме «Пожар»	20
2.5 Извещатель сохраняет работоспособность при воздействии на него:
- воздушного потока со скоростью	до 10 м/с;
- фоновой освещенности	до 12000 лк от искусственного или естественного источника освещения
2.6 Допустимый диапазон частот синусоидальной вибрации с ускорением 0,5g, Гц	от 10 до 150
2.7 Диапазон рабочих температур, °С	от минус 10 до 50
2.8 Максимально допустимая влажность при температуре 40°С, %	93
2.9. Степень жесткости к воздействию электромагнитных помех	третья
2.10 Габаритные размеры извещателя с розеткой, мм, не более	80x54
2.11 Масса извещателя с розеткой, кг, не более	0,2
2.12 Средняя наработка на отказ, ч	60 000
2.13 Средний срок службы, не менее, лет	10

3 Комплектность

3.1 В комплект поставки входят:
- извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИП 212-31/2 - 1 шт.
- паспорт - не менее 1шт. на упаковку

4 Устройство и принцип работы

4.1 Извещатель представляет собой конструкцию, состоящую из пластмассового корпуса, внутри которого размещена дымовая камера с оптической парой и
электронный блок обработки импульсов.
4.2 На корпусе извещателя установлены два индикационных светодиода с углом обзора 360°.
4.3 Принцип действия извещателя основан на контроле отраженного от частиц дыма инфракрасного излучения.
4.4 При отсутствии дыма извещатель, подключенный к ППКП, находится в дежурном режиме.
4.5 При первичной подаче питания происходит самотестирование и контроль оптической системы. Время технической готовности извещателя 50...60 с.
4.6 Контроль задымлённости окружающей среды осуществляется с момента первого кратковременного мигания оптических индикаторов.

Внимание! В дежурном режиме периодичность мигания индикаторов (30 ± 5)с.

4.7 При концентрации дыма в зоне оптической системы, электронная схема извещателя формирует сигнал «Пожар», передаёт извещение на ППКП и включает оптический индикатор срабатывания.

Внимание! В режиме «Пожар» периодичность мигания индикаторов 0,5 с.

4.8 Сигнал срабатывания извещателя формируется уменьшением внутреннего сопротивления до величины не более 500 Ом при токе 20 ± 2 мА.
4.9 Сигнал «Пожар» извещателя сохраняется после окончания воздействия на него продуктов горения (дыма).
4.10 Сброс сигнала срабатывания производится с ППКП переполюсовкой или отключением питания извещателя на время не менее 3 с.
4.11 После перерыва в подаче питания длительностью до 20 с возврат извещателя в дежурный режим происходит за 1 5 с.
4.12 Проверка работоспособности извещателей, смонтированных в системе пожарной сигнализации проводится введением в чувствительную зону оптической системы, через отверстие в верхней части корпуса, стержня диаметром до 1 мм (имитация появления дыма).
4.13 Структурная схема извещателя приведена на .

5 Указание мер безопасности

5.1 Извещатель по способу защиты от поражения электрическим током относится к III классу по ГОСТ Р МЭК 60065 и является безопасным для обслуживающего персонала при монтаже, ремонте и регламентных работах.
5.2 Извещатель имеет пожаробезопасное исполнение конструкции.
5.3 Степень защиты оболочки извещателя IP 30 по ГОСТ 14254.

6 Подготовка к работе и монтаж

6.1 Перед монтажом необходимо произвести внешний осмотр извещателя, убедиться в отсутствии видимых механических повреждений,

Внимание! Если извещатели находились в условиях отрицательных температур, необходимо перед вскрытием упаковки выдержать их, при комнатной температуре, не менее 4 часов.

6.2 Извещатель фиксируется в розетке посредством четырехконтактного разъема. При отделении извещателя от розетки ППКП фиксирует сигнал «Неисправность».
6.3 Назначение контактов извещателя:

Номер контакта	Цепь
1	- ВУОС *
2	+ 9...30 В
3	- общий
4	- общий

*ВУОС - выносное устройство оптической сигнализации.

6.4 Примеры подключения извещателей в шлейф приборов приведены на .

Внимание! Запрещается подключать извещатели без токоограничительных резисторов,
указанных на схемах.

7 Транспортирование и хранение

7.1 Транспортирование извещателей в упаковке предприятия изготовителя может
производиться любым видом наземного, воздушного или морского транспорта.
7.2 Хранение извещателя в упаковке должно соответствовать условиям 2 ГОСТ 15150.

8 Гарантии изготовителя

8.1 Гарантийный срок извещателя составляет 18 месяцев со дня ввода изделия в
эксплуатацию или 24 месяца с момента изготовления.

Рисунок 1. Структурная схема извещателя

Рисунок 4. Схема подключения извещателей пожарных дымовых оптико - электронных ИП 212-31/2 к прибору “Магистр - 2” с формированием сигнала “Пожар” при срабатывании двух извещателей

Примечание: Количество извещателей в шлейфе не более 15 шт.

Описание ДИП-31/1 (ИП212-31/1)

ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Дымовой извещатель пожарный

Дымовой 2-х проводный, питание 9-30 В, 150 мкА

ДИП-31/1 (ИП 212-31/1)

Реализован алгоритм автоматической компенсации чувствительности при запыленности оптической системы.
Цифровая обработка сигналов оптопары.
Постоянный самоконтроль электрической схемы с 30-секундным интервалом мигания светодиода.
Применение микропроцессора, позволяющего реализовать метод дискретной установки чувствительности датчика при его промышленной настройке (4 уровня чувствительности).
Чувствительность к дыму по всем направлениям.
Встроенная защитная сетка: надежная преграда для насекомых.
Исключение ложных срабатываний.
Неизменная чувствительность извещателя.
Индикация с углом обзора 360.
Диапазон питающих напряжений, В от 9 до 30.
Чувствительность извещателя от 0,05 до 0,2 дБ/м.
Инерционность срабатывания, не более 5с.
Ток, потребляемый извещателем при напряжении питания 20В:
дежурный режим, не более 0,15 мА
режим “тревога”, не более 25 мА.
Габаритные размеры: 100х54.

1 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Назначение

2 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Основные технические характеристики

2.1 Чувствительность извещателя, дБ/м от 0,05 до 0,2
2.2 Инерционность срабатывания, с не более 5
2.3 Напряжение питания, В от 9 до 30
2.4 Ток, потребляемый извещателем при напряжении питания 20 В, мА, не более
- в дежурном режиме 0,15
- в режиме «Пожар» 25
2.5 Извещатель сохраняет работоспособность при воздействии на него:
- воздушного потока со скоростью до 10 м/с;
- фоновой освещенности до 12000 лк от искусственного или естественного
источника освещения
2.6 Допустимый диапазон частот синусоидальной вибрации с ускорением 0,5g, Гц от 10 до 150
2.7 Диапазон рабочих температур, °С от минус 10 до 50
2.8 Максимально допустимая влажность при температуре 40°С, % 93
2.9. Степень жесткости к воздействию электромагнитных помех третья
2.10 Габаритные размеры извещателя с розеткой, мм, не более 100x54
2.11 Масса извещателя с розеткой, кг, не более 0,2
2.12 Средняя наработка на отказ, ч 60 000
2.13 Средний срок службы, не менее, лет 10

3 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Комплектность

3.1 В комплект поставки входят:
- извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИП 212-31/1 - 1 шт.
- паспорт - не менее 1шт. на упаковку

4 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Устройство и принцип работы

Внимание! В дежурном режиме периодичность мигания индикаторов (30 ± 5)с.

Внимание! В режиме «Пожар» периодичность мигания индикаторов 0,5 с.

5 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Указание мер безопасности

6 Подготовка к работе и монтаж

6.1 Перед монтажом необходимо произвести внешний осмотр извещателя, убедиться в отсутствии видимых механических повреждений, Внимание! Если извещатели находились в условиях отрицательных температур, необходимо перед вскрытием упаковки выдержать их, при комнатной температуре, не менее 4 часов.

Номер контакта Цепь
1 - ВУОС *
2 + 9...30 В
3 - общий
4 - общий

*ВУОС - выносное устройство оптической сигнализации.

6.4 Примеры подключения извещателей в шлейф приборов приведены на рисунках 2- 4.

Внимание! Запрещается подключать извещатели без токоограничительных резисторов,
указанных на схемах.

7 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Транспортирование и хранение

8 ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Гарантии изготовителя

Рисунок 1. ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Структурная схема извещателя

Рисунок 2. Схема подключения извещателей ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) пожарных дымовых оптико - электронных ИП 212-31/1 к прибору ППКОП “Сигнал 20”

Примечание: Количество извещателей в шлейфе не более 20 шт.

Рисунок 3. ДИП-31/1 (ИП 212-31/1) Схема подключения извещателей пожарных дымовых оптико - электронных ИП 212-31/1 к прибору ВЭРС-ПК

Примечание: Количество извещателей в шлейфе не более 20 шт.

Рисунок 4. Схема подключения извещателей пожарных дымовых оптико - электронных ИП 212-31/1 к прибору “Магистр - 2” с формированием сигнала “Пожар” при срабатывании двух извещателей

Примечание: Количество извещателей в шлейфе не более 15 шт.

Дымовые пожарные извещатели стали привычным дополнением к интерьеру во всех зданиях. Они должны срабатывать при появлении дыма, благодаря чему имеется возможность обеспечить эвакуацию людей в безопасную зону при пожаре. В отличие от тепловых извещателей и извещателей пламени, дымовые извещатели (по зарубежной терминологии – детекторы) срабатывают на этапе тления и в какой-то мере могут предотвратить отравление угарным газом. На нашем рынке представлен большой выбор отечественных дымовых пожарных извещателей по ГОСТ Р 53325–2009 и зарубежных дымовых детекторов по европейскому стандарту EN 54-7. Различия между зарубежными детекторами и большинством отечественных извещателей видны невооруженным глазом, причем не только по качеству пластика и дизайну, но и по конструкции, размерам и, конечно же, цене. Однако основные параметры, которые определяют скорость обнаружения очагов различного типа, практически не учитываются при выборе типа дымового извещателя.

Игорь Неплохов
Технический директор по ПС
компании ADT Security Solutions, к.т.н.

Широкое применение дымовых извещателей в нашей стране началось сравнительно недавно, около 10 лет назад. В НПБ 110–99 с Изменением № 1 было введено требование, которое запретило использование тепловых извещателей на большинстве объектов: "Здания и помещения, перечисленные в пунктах 2.9, 2.12, 2.13, 2.15, 2.16, 2.19, 4.17, 4.18, 4.19, 4.20, 4.21, 4.29–4.33, 4.35–4.47, 4.38, 4.39, 4.41, при применении автоматической пожарной сигнализации следует оборудовать дымовыми пожарными извещателями". С тех пор здания жилые, общественного и административно-бытового назначения, предприятий торговли, культурно-зрелищного назначения, выставочные залы, помещения для хранения музейных ценностей, здания хранения архивов, уникальных изданий, отчетов, рукописей и другой документации особой ценности и многие-многие другие объекты стали защищаться исключительно дымовыми извещателями как обеспечивающими раннее обнаружение очага пожара. Начался массовый выпуск дымовых извещателей, однако, несмотря на название, вопрос об их способности обнаруживать тлеющие и открытые очаги пожара до сих пор остается открытым. Испытания на реальные дымы от стандартных тестовых очагов в нашей стране вводятся только сейчас, в отличие от Европы и США, где эти тесты по стандартам EN 54 и UL проводятся уже около 30 лет.

По НПБ 65–97 "Извещатели пожарные оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний" и далее по ГОСТ Р 53325– 2009 "Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний" дымовые извещатели испытываются только на стенде "Дымовой канал". В технической документации на дымовой извещатель с дискретным выходным сигналом "Пожар" должно быть указано конкретное значение чувствительности, которое должно находиться в пределах 0,05–0,2 дБ/м. В технической документации на дымовой извещатель с аналоговым выходным сигналом должен быть установлен диапазон значений чувствительности, в котором он обеспечивает измерение оптической плотности среды, при этом максимальная удельная оптическая плотность, контролируемая оптическим извещателем с аналоговым выходным сигналом, в нормальных условиях должна быть не менее 0,2 дБ/м. Однако, как правило, у извещателей с дискретным выходным сигналом (то есть у всех пороговых извещателей неадресных и адресных) указывается только диапазон 0,05–0,2 дБ/м, а не конкретное значение чувствительности, как у детекторов сертифицированных по UL.

Принцип действия

В дымовых оптико-электронных пожарных извещателях используется эффект рассеяния излучения на частицах дыма. Соответственно неотъемлемой частью всех извещателей такого типа является оптопара – излучатель и фотоприемник. В настоящее время это светодиод и фотодиод, расположенные в горизонтальной или вертикальной плоскости под определенным углом друг к другу. Светодиод, работающий в импульсном режиме для снижения тока потребления, периодически освещает центральную часть дымовой камеры, а фотодиод, направленный в эту зону, принимает отраженный сигнал (рис. 1). Когда в извещателях с дискретным выходом уровень отраженного от частиц дыма сигнала достигает установленного порога, формируется сигнал "Пожар". Конструкция дымовой камеры и расположение излучателя и фотоприемника должны не только исключать прямое попадание излучения светодиода на фотоприемник, но и снижать уровень фонового сигнала, отраженного от ее стенок. Для исключения ложных срабатываний извещателя при помеховых воздействиях фоновый сигнал должен быть в несколько раз меньше порога срабатывания. Невыполнение этого требования определяет также появление ложных срабатываний при незначительном запылении дымовой камеры даже при отсутствии помеховых воздействий и при низкой чувствительности дымового извещателя.

Адресно-аналоговые оптические извещатели с аналоговым выходным сигналом измеряют уровень удельной оптической среды и передают эти значения на адресно-аналоговый пожарный приемно-контрольный прибор (ААППКП), что расширяет функциональные возможности системы (например, в части контроля состояния извещателей) и значительно повышает эффективность работы. Для обеспечения измерения минимальных концентраций дыма для анализа развития пожароопасной обстановки и формирования сигналов предтревоги, адресно-аналоговые извещатели должны отвечать ряду дополнительных требований. Реализация этих требований повышает стоимость приборов, но обеспечивает качественно более высокий уровень пожарной защиты по сравнению с пороговыми извещателями.

Измерение чувствительности

Чувствительность дымовых извещателей измеряется в дымовом канале (рис. 2).

При испытаниях в дымовом канале по НПБ 65– 97 измерялась чувствительность извещателей при линейном увеличении концентрации продуктов горения (аэрозоля) со скоростью не менее 0,015 дБ/м в минуту и не более 0,1 дБ/м в минуту. В качестве материала дымообразования использовался тлеющий хлопчатобумажный фитиль и допускалось использование генератора аэрозоля с парафиновым маслом со средним диаметром частиц от 0,5 до 1,0 мкм и показателем преломления частиц (1,4±0,1).

По НПБ 65–97 измерение чувствительности извещателей, как и в европейском стандарте по дымовым извещателям EN 54-7, проводилось при скорости воздушного потока 0,2 м/с. А в настоящее время по ГОСТ Р 53325–2009 при измерении чувствительности извещателей скорость воздушного потока устанавливается в пределах 0,20–0,30 м/с. Таким образом допускается увеличение скорости воздушного потока в 1,5 раза, и тем самым ГОСТ Р 53325–2009 дает возможность сертификации существенно менее эффективных отечественных дымовых извещателей по сравнению с европейскими и американскими детекторами. Скорость воздушного потока в дымовом канале довольно просто "подкрутить", а вот скорость дыма от реального тлеющего очага увеличить невозможно – как обычно пишут на пожарном сайте 0-1.ру в таких случаях: "А пожару все равно".

Зависимость чувствительности от скорости воздушного потока

Для сравнения: в американском стандарте UL по дымовым детекторам чувствительность детектора в дымовом канале измеряется при скорости воздушного потока 0,152 м/с (30 футов/мин.)! По результатам экспериментальных исследований в реальных условиях эффективность обнаружения тлеющего очага зависит от так называемой критической скорости – минимальной скорости воздушного потока, при которой дым начинает поступать в дымовую камеру извещателя, преодолевая аэродинамическое сопротивление дымозахода. То есть для обнаружения пожара необходимо не только наличие дыма достаточной удельной оптической плотности в месте расположения дымового извещателя, но и величина скорости воздушного потока в направлении дымозахода извещателя больше критической. При скорости воздушного потока менее критической чувствительность извещателя практически равна нулю. В американском стандарте по пожарной сигнализации NFPA 72 приводится расчет расстановки дымовых детекторов по методу критический скорости воздушного потока. Натурные испытания по реальным тлеющим очагам показали, что если в месте размещения дымового детектора была достигнута критическая скорость движения дымогазовоздушной смеси от очага, то концентрация дыма достаточна для формирования сигнала тревоги у дымового порогового извещателя, сертифицированного по UL.

Таким образом, наукообразные разговоры о повышении эффективности отечественных дымовых извещателей за счет реализации различных алгоритмов обработки информации (типа "вычисления первой и второй производных", "распознавания образов" и т.п.) при наличии "пылезащищенных" дымозаходов со значительным аэродинамическим сопротивлением бессмысленны. Эти извещатели могут продемонстрировать свою эффективность только в дымовом канале при высоких скоростях воздушного потока, а на практике при малых концентрациях и соответственно при малых скоростях воздушного потока дым будет обтекать извещатель, не заходя в дымовую камеру и реального повышения эффективности по сравнению с дымовым извещателем с фиксированным порогом не будет. Очевидно, что извещатель с плохой аэродинамикой не в состоянии формировать сигналы предтревоги, несмотря на то что он сертифицирован как "адресно-аналоговый", и даже если имеется дополнительный порог на более низком уровне, поскольку малые концентрации дыма не обнаруживаются. Реально эти сигналы будут формироваться одновременно, причем значительно позже по сравнению с активацией дымового детектора с минимальным аэродинамическим сопротивлением дымозахода.

Обнаружение тестовых очагов

Натурные испытания точечных дымовых детекторов проводятся в соответствии с европейским стандартом EN 54-7. Аналогичные испытания введены в программу сертификационных испытаний дымовых извещателей в новую версию ГОСТ Р 53325. Испытания проводятся в помещении длиной 10 м, шириной 7 м и высотой 4 м, в центре которого на полу располагается тестовый очаг (рис. 3). На потолке на расстоянии 3 м от центра, в секторе 60 град. располагаются тестируемые извещатели и измерительные приборы.

По стандарту EN 54-7 сертификационные испытания проводятся на 20 образцах, а испытания по тестовым очагам проходят 4 наименее чувствительных детектора по испытаниям в дымовом канале. У нас почему-то предполагается проводить все испытания всего лишь на 6 извещателях, без указания того, на каких 4 извещателях проводить испытания по тестовым очагам, что будет значительно снижать достоверность полученных результатов.

То, что некоторые наши дымовые извещатели создавались для работы в дымовом канале, а не для обнаружения реальных очагов, уже выяснилось при проведении сравнительных испытаний по тестовым очагам отделом пожарной автоматики ФГУ ВНИИПО МЧС России (отражены в публикациях В.Л. Здора, заместителя начальника научно-исследовательского центра пожарно-спасательной техники, начальника отдела пожарной автоматики ФГУ ВНИИПО МЧС России).

Довольно большое количество точечных дымовых извещателей различных производителей были испытаны в дымовом канале при тлении хлопчатобумажного фитиля. Все извещатели по чувствительности уложились в допустимый интервал 0,05–0,2 дБ/м и были условно разделены на 2 группы:

первая – с высокой чувствительностью 0,07– 0,1 дБ/м;
вторая – с низкой чувствительностью более 0,1 дБ/м.

Затем были проведены испытания в тестовом помещении по тестовым очагам тления хлопка со свечением ТП-3 и горение n-гептана ТП-5. Очаг ТП-3 состоит примерно из 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой по 3 г, прикрепленных к металлическому кольцу диаметром 100 мм, подвешенному на штативе (рис. 4).

Собранные в пучок концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления, сопровождающегося свечением. Испытания прекращаются при достижении удельной оптической плотности среды 2 дБ/м, которая должна быть достигнута через 280–750 с (рис. 5).

Очаг ТП-3 характеризуется низким тепловыделением и соответственно малыми скоростями воздушных потоков под потолком. Температура в месте установки извещателей практически не изменяется в процессе испытаний.

Очаг ТП-5 – это 650 г n-гептана с добавлением 3% толуола по объему, в квадратном поддоне из стали размером 33х33х5 см (площадь очага около 0,1 кв. м). Поджигается n-гептан огнем, искрой и т.п. Развитие очага происходит таким образом, что изменение удельной оптической плотности находится в пределах, показанных на рис. 6.

При испытаниях все четыре детектора должны активизироваться до достижения концентрации продуктов горения Y = 6 через 120–240 с. При развитии этого очага происходит значительное тепловыделение, повышение температуры должно составлять минимум 35 °С. Это определяет высокие скорости воздушных потоков, способных в отличие от случая тлеющих очагов преодолевать даже значительное аэродинамическое сопротивление дымовых камер. С другой стороны, развитие очага ТП-5 происходит в несколько раз быстрее тлеющего очага ТП-3.

Тестовый очаг – момент истины, или "А пожару все равно!"

Оказалось, что очередность сработки извещателей при испытаниях по тлеющему очагу ТП-3 определялась в большей степени конструкцией извещателя, а не величиной чувствительности, показанной в дымовом канале. Извещатели с мягко говоря "неудачной" конструкцией (с высоким аэродинамическим сопротивлением дымозахода, с обтекаемыми корпусами минимальных размеров и т.д.) при высокой чувствительности в дымовом канале срабатывали позже извещателей с более низкой чувствительностью, но с хорошей вентилируемостью дымовой камеры. А при испытаниях по открытому очагу горения n-гептана ТП-5 очередность сработки извещателей соответствовала величинам значений удельной оптической плотности, при которых они срабатывали в дымовом канале.

Таким образом, очевидно, что скорость воздушного потока в дымовом канале, при которой измерялась чувствительность извещателей, значительно выше реальных скоростей движения дыма от тлеющих очагов. Совершенно понятно также, что извещатели с пониженной чувствительностью и одновременно с плохой аэродинамикой не пройдут испытания на обнаружение тлеющих тестовых очагов ТП-2 (тление дерева) и ТП-3 (тление хлопка).

Следовательно, значения чувствительности извещателей, полученные при испытаниях в дымовом канале при скоростях воздушного потока 0,2–0,3 м/с, не дают адекватного представления об эффективности работы извещателей в реальных условиях. Более логичный выбор скорости воздушного потока в дымовом канале на уровне 0,152 м/с в американском стандарте UL. Проведение испытаний по тестовым очагам по новой версии ГОСТ Р 53325 может стать серьезным испытанием для наших дымовых пожарных извещателей, но и обеспечит существенное повышение эффективности работы пожарной автоматики.

Около 90% пожаров по статистике начинаются с тления материалов, поэтому дымовые пожарные извещатели на большинстве объектов являются эффективным средством защиты от пожара. Современные дымовые пожарные извещатели обнаруживают пожароопасную ситуацию на раннем этапе, при задымлении верхней части помещения, и обеспечивают реальную защиту жизни людей и материальных ценностей. Для обеспечения требуемой скорости обнаружения очага дымовой извещатель должен иметь высокую чувствительность. На этапе эксплуатации крайне важно контролировать чувствительность извещателей и ее соответствие заданному диапазону. В статье рассматриваются способы стабилизации и контроля чувствительности точечных дымовых пожарных извещателей.

Конечно, о чувствительности и о ее контроле имеет смысл вести речь, если конструкция, схемотехника, элементная база и технология изготовления дымового извещателей обеспечивают стабильность характеристик, т.е. имеется незначительный разброс по чувствительности от экземпляра к экземпляру – при изменении направления и скорости воздушного потока, при изменении напряжения питания, температуры окружающей среды и влажности. По НПБ 65-97 «Извещатели пожарные оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний», по п. 4.1.4., чувствительность оптических извещателей выбирают в пределах 0,05-0,2 дБ/м. Причем от экземпляра к экземпляру чувствительность не должна отличаться в 1,3 раза (п. 5.3.4.3.). По п. 4.1.5. в технической документации на оптический извещатель с дискретным выходным сигналом должно устанавливаться конкретное значение чувствительности, по п. 4.1.6. в технической документации на конкретный оптический извещатель с аналоговым выходным сигналом должен устанавливаться диапазон значений чувствительности. Однако обычно в паспортах на дымовые извещатели российского производства «конкретное значение чувствительности» указывается как 0,05-0,2 дБ/м, т.е. может отличаться в 4 раза! Для измерения чувствительности ДИПов на объекте требуется дорогостоящее импортное оборудование, которое практически недоступно в России. Пользуясь этим, некоторые производители загрубляют чувствительность в 1,5-2 раза для исключения «ложняков», «компенсируя» тем самым отрицательный эффект от удешевления конструкции, примитивных алгоритмов и отсутствия экранировки. Кроме того, по НПБ 65-97, допускается изменение чувствительности извещателей – при изменении ориентации к направлению воздушного потока в 1,6 раза, при изменении скорости воздушного потока в 0,625-1,6 раза, при изменении напряжения питания в 1,6 раза, при изменении температуры окружающей среды до +55° С в 1,6 раза, после воздействия пониженной температуры и влаги в 1,6 раза. Хотя при испытаниях чувствительность извещателей должна оставаться в пределах 0,05-0,2 дБ/м, одновременное воздействие нескольких факторов, что обычно и происходит на практике, может вызвать изменение чувствительности в широких пределах.

Несмотря на требования НПБ 65-97 «4.1.13. Оптические извещатели должны соответствовать ГОСТ Р 50898» и «5.3.6. Проверку чувствительности оптических извещателей к дымам различной природы (огневые испытания) /п. 4.1.13/ проводить в соответствии с методиками испытаний по ГОСТ 50898», испытания российских извещателей при сертификации на реальные дымы в тестовом помещении не проводятся. Соответственно, при разработке пожарных извещателей не проводится оптимизация чувствительности по различным тестовым дымам в реальных условиях, а стимулируется выпуск экзотических устройств, конструкция которых рассчитана на обнаружение только аэрозоли и только в дымовом канале с ограниченным сечением и с принудительной вентиляцией. Кроме того, результаты испытаний извещателей по тестовым очагам в помещении позволили сформировать общие требования к конструкции и установке. Например, по британскому стандарту BS5839 ч.1:2002 раздел 22 расстояние от чувствительного элемента теплового и дымового датчика до перекрытия должно быть не менее 25 мм и запрещена установка извещателей заподлицо, поскольку непосредственно у перекрытия остается прослойка чистого воздуха. Максимальное расстояние от перекрытия до чувствительного элемента теплового датчика должно быть не более 150 мм, а дымового – 600 мм.

Если чувствительность извещателя лежит в пределах 0,05-0,2 дБ/м, то извещатель активизируется при незначительном задымлении среды, при ослаблении оптического сигнала на дистанции в 1 м на 1,14-4,5%, соответственно, на дистанции 10 м – на 11-37%. По западным экспериментальным оценкам, при удельной оптической плотности дыма 0,2 дБ/м видимость составляет примерно 50 м. Учитывая, что на первом этапе развития очага задымление присутствует только в верхней части помещения, сигнал от дымового извещателя со стандартной чувствительностью порядка 0,1-0,12 дБ/м должен давать большие возможности по пресечению развития пожара, защите людей и имущества. Западные производители обычно указывают конкретное значение чувствительности и допуск на этикетке извещателя и много внимания уделяют обеспечению ее стабильности и возможности контроля при эксплуатации.

Принцип работы точечного дымового оптико-электронного извещателя

В дымовых оптико-электронных пожарных извещателях используется эффект рассеяния излучения светодиода на частицах дыма. Подобный эффект возникает при прохождении луча прожектора через облако: в чистой среде луч не видим, а в облаке происходит его рассеяние на частицах влаги, часть излучения отражается в сторону наблюдателя, и становится четко видна структура луча. Светодиод и фотодиод располагаются под определенным углом, а перегородка исключает прямое попадание сигналов светодиода на фотодиод (рис. 1а). При появлении частиц дыма часть излучения отражается от них и попадает на фотодиод (рис. 1б).

Для того чтобы данная модель реализовалась в виде дымового извещателя со стабильной чувствительностью в условиях внешних воздействий, необходима тщательно проработанная конструкция и схемотехника. Например, защиту от внешнего света обеспечивает дымовая камера, в которой размещаются светодиод и фотодиод. Принцип действия оптико-электронного ПИ определяет сильное влияние на его чувствительность и помехоустойчивость формы дымовой камеры, ее цвета, структуры поверхности и диаграмм направленности светодиода и фотодиода и их взаимного расположения в пространстве. При отсутствии дыма минимальный уровень сигнала от светодиода должен поступать на фотодиод. Для этого камера должна иметь черный цвет и матовую поверхность. Конструкция дымовой камеры должна одновременно обеспечивать свободный проход воздуха и значительное ослабление излучения от внешних источников света. Требования противоречивые, и их достаточно полное выполнение возможно при значительных затратах на исследовательские работы, на математическое и натурное моделирование.

Форма дымозахода и вентилируемость дымового извещателя

Для обеспечения стабильной чувствительности в реальных условиях, в отличие от дымового канала с ограниченным сечением и принудительной вентиляцией, большое значение имеют площадь дымозахода и его форма. У большинства европейских пожарных извещателей можно найти общие черты: плоскость дымозахода расположена перпендикулярно горизонтальному воздушному потоку, отдельные элементы конструкции корпуса образуют воронку, направляющую воздушный поток внутрь извещателя, и выступающая часть нижней крышки исключает обтекание корпуса снизу, стойки крепления нижней крышки исключают обтекание корпуса в горизонтальной плоскости (рис. 2).

Рис. 2. Формирование горизонтального дымозахода

Кроме того, обеспечивается максимальное соотношение площади дымозахода и внутреннего объема дымовой камеры. Для быстрого заполнения дымом конструкция корпуса извещателя и форма дымовой камеры должны обеспечивать минимальное аэродинамическое сопротивление при горизонтальных потоках вдоль потолка (основное направление движение дыма в помещении на первом этапе развития очага). Корпус извещателя имеет максимально открытый дымозаход и обеспечивает беспрепятственное проникновение дыма внутрь дымовой камеры. Защитная антистатическая синтетическая или металлическая сетка не является препятствием для воздушного потока, но надежно защищает камеру от мелких насекомых.

Для адекватной оценки состояния контролируемой зоны необходимо иметь информацию о ее состоянии в реальном масштабе временим. Например, если тепловой извещатель имеет сенсор значительной массы, на нагрев которого требуется значительное время, то результат измерения будет «точным» только при постоянной температуре. При повышении температуры измеренное значение будет всегда меньше действительного, причем ошибка увеличивается с повышением скорости изменения температуры. Точно так же в дымовом извещателе хорошая вентилируемость дымовой камеры определяет малую инерционность работы. А низкая вентилируемость увеличивает время срабатывания извещателя, что эквивалентно снижению реальной чувствительности при нарастании оптической плотности дыма. Эта задача аналогична проветриванию помещения: открыты форточки – вентилируемость очень слабая, атмосфера внутри и снаружи может значительно отличаться длительное время, открыты окна – вентиляция улучшается, но инерция остается значительной. Идеальная конструкция – это круглое помещение, в нашем случае круглая дымовая камера с полностью открытой боковой стенкой: инерция полностью отсутствует, концентрация дыма внутри и снаружи совершенно одинакова при горизонтальном потоке. В этом случае обеспечивается минимальное время реакции на пороговую концентрацию дыма и отсутствие зависимости чувствительности извещателя от скорости воздушного потока. Чрезвычайно важно сохранить высокую чувствительность извещателя при малых скоростях движения воздуха, что характерно для начального этапа развития ПОЖАРА.

Конструкция дымовой камеры

Конструкция камеры должна одновременно удовлетворять ряду противоречивых требований, например, обеспечить свободный доступ для горизонтальных воздушных потоков и исключить влияние внешнего света, электромагнитных помех и пыли. Все крупные производители пожарных извещателей уделяют огромное внимание разработке оптической камеры, поскольку именно она определяет основные характеристики ИП. Для решения этой сложнейшей технической задачи используются методы математического моделирования и экспериментальные исследования. Причем оптимизируются одновременно конструкция дымовой камеры, диаграммы направленности светодиода и фотодиода, а также их расположение. Поэтому «заимствование» конструкций оптических камер ведущих производителей, при использовании стандартных свето- и фотодиодов, с широкими диаграммами и с неотъюстированными оптическими осями, не дает удовлетворительных результатов. Вдобавок низкий уровень конструкторской проработки иногда приводит к «появлению» в дымовой камере электролитических конденсаторов, которых не удалось разместить в другом месте, а использование некачественного пластика вызывает деформацию первоначальной формы камеры.

Отношение уровня сигнала фотодиода, при котором активизируется извещатель, к величине фонового сигнала определяет его помехозащищенность. Для повышения чувствительности и помехоустойчивости при отсутствии дыма минимальный уровень сигнала должен поступать на фотодиод. Для этого камера изготавливается из пластика черного цвета и с матовой поверхностью. Кроме того, неизбежное накопление пыли, как правило, серого цвета, на стенках дымовой камеры, приводит к повышению сигнала фотодиода, что со временем вызывает ложные срабатывания. Излучение светодиода отражается от запыленных стенок оптической камеры так же, как от частиц дыма (рис. 3).

Рис. 3 . Отражение сигнала от стенок дымовой камеры

Этот эффект определяет необходимость периодического проведения технического обслуживания дымовых оптико-электронных извещателей, которое заключается в разборке извещателя и чистке его дымовой камеры.

От конструкции дымовой камеры зависит, как быстро будет происходить увеличение сигнала фотодиода. При использовании неэффективной конструкции дымовой камеры ложные срабатывания могут возникать достаточно быстро. Причем нередко это не является признаком высокой чувствительности извещателя, а скорее говорит о нестабильности чувствительности и слабой защите от внешних воздействий. Максимально быстро этот процесс происходит, когда внутренняя сторона дымовой камеры имеет практически сплошную поверхность. В этом случае даже незначительное запыление которой приводит к увеличению отраженного сигнала, увеличению чувствительности и появлению ложных срабатываний. При дальнейшей эксплуатации такого извещателя сигнал может превысить уровень порога и режим ПОЖАР не будет сбрасываться даже при отключении питания. Для замедления этого процесса необходимо уменьшить площадь поверхности дымовой камеры, от которой происходит отражение сигнала. Например, по периметру дымовой камеры располагаются вертикальные пластинки с заостренными краями, обращенными внутрь дымовой камеры. Здесь основная часть излучения светодиода проходит между пластинками и лишь незначительная часть от узкой кромки отражается во внутрь дымовой камеры. Для уменьшения отражения от дна и крышки дымовой камеры их поверхность делают рифленой под определенным углом и используют свето- и фотодиоды с узкими диаграммами. В этом случае чувствительность сохраняется в допустимых пределах в течение нескольких лет.

Рис. 4. Примеры конструкции дымовой камеры

На рисунке 4а приведен пример тщательно проработанной конструкции дымовой камеры. Форма пластинок, расположенных по периметру дымовой камеры, выбрана исходя из требований максимального ослабления фонового освещения как от светодиода оптопары, так и от наружных источников света. Даже прямые лучи света попадают на фотодиод после минимум 4-кратного переотражения и ослабления на черной поверхности камеры. Одновременно использованная форма пластинок с плавными изгибами не вызывает резких изменений направления воздушного потока и обеспечивает хорошую вентилируемость дымовой камеры. Расположение свето- и фотодиода нарушает регулярность структуры дымозахода, в местах их установки возникает повышение аэродинамического сопротивления. Для выравнивания чувствительности по различным направлениям воздушных потоков используются дополнительные пластинки различной формы. Для удобства технического обслуживания эта дымовая камера выполнена из двух частей – из основания и крышки, пластинки которых совмещены на фото. Ясно видно, с какой тщательностью проведена экранировка фотодиода для защиты от электромагнитных помех.

На рисунке 4б приведен другой пример дымовой камеры: абсолютно круглая в горизонтальной плоскости с пластинками сложной формы, расположенными по ее периметру, обеспечивающими одновременно хорошую продуваемость со всех направлений и защиту от внешнего света. Здесь также обеспечивается 4-кратное переотражение внешнего излучения и практически полное его затухание. Незначительное аэродинамическое сопротивление определяет отсутствие снижения чувствительности при малых скоростях воздушного потока. Оптопара, расположенная на «втором этаже», чуть выше дымозахода, защищена от пыли, которая в основном скапливается на дне крышки дымовой камеры. Асимметричное расположение оптопары компенсируется дополнительными конструктивными элементами в центральной части крышки дымовой камеры, в которой также размещена и защитная сетка.

Минимальный разброс чувствительности извещателей от образца к образцу обеспечивается при использовании инфракрасных светодиодов и фотодиодов со стабильными характеристиками и с отъюстированными оптическими осями. Использование узких диаграмм направленности светодиода и фотодиода порядка ± 10° позволяет не только снизить освещение боковых стенок камеры, но создать высокий уровень освещения в центральной части дымовой камеры и уменьшить ток потребления извещателя в дежурном режиме. Таким образом, обеспечивается низкий уровень фонового сигнала, принимаемого фотодиодом, за счет переотражения от стенок камеры даже при их запылении.

Контроль чувствительности

Когда обеспечена стабильность чувствительности извещателей и используется высококачественная элементная база, обеспечивающая повторяемость характеристик, возможно обеспечить контроль отклонения чувствительности от номинального значения. В зарубежных извещателях прошлого века контролировался уровень фонового сигнала фотодиода в дежурном режиме. Через специальный разъем к извещателю подключался универсальный адаптер MOD400R (рис. 5), который импульсный сигнал преобразовывал в постоянное напряжение для измерения стандартным вольтметром. На этикетке извещателя указывались допустимые пределы изменения напряжения.

Рис. 5. Универсальный адаптер MOD400R

Например, для дымового извещателя 2151Е диапазон MOD400R составлял 0,80 – 1,37 В, при исходном значении около 1,1 В.
В извещателях 2112/24 были установлены два дополнительных порога, соответствующие границам MOD400R, при достижении которых прекращалось мигание светодиодного индикатора (рис. 6).

Рис. 6. Дополнительные пороги для контроля чувствительности

Таким образом, по дрейфу фонового сигнала контролировался уровень чувствительности дымового извещателя.

В современных извещателях с аналого-цифровыми преобразователями имеется возможность не только фиксировать выход чувствительности за допустимые пределы, но и застабилизировать ее на исходном уровне. Медленные изменения чувствительности компенсируются соответствующим изменением порога срабатывания (рис. 7), причем алгоритм работы должен учитывать возможность медленного нарастания оптической плотности дыма в реальных условиях.

Рис. 7. Компенсация изменения чувствительности

Уровни сигналов, соответствующие чистой среде, и величина компенсации хранятся в двоичном коде в энергонезависимой памяти и не стираются даже при длительном отключении питания.
При помощи многофункционального пульта дистанционного управления (МПДУ) можно считать уровень запыления с дискретом в процентах от предела автокомпенсации (рис. 8).

Рис. 8. Индикация уровня запыления

В адресных и адресно-аналоговых системах обеспечивается автоматическое сообщение на контрольный прибор о достижении границы автокомпенсации. Использование адаптивного порога, кроме сохранения уровня чувствительности в процессе эксплуатации, позволяет увеличить интервалы времени между техническим обслуживанием, спрогнозировать сроки его проведения и обеспечить высокий уровень защиты от помех.

Использование эффективной конструкции дымовой камеры, стабилизация и контроль чувствительности обеспечивают в современных дымовых извещателях возможность корректировки инсталлятором чувствительности без риска выхода за допустимые пределы по НПБ 65-97. Например, в извещателях серии «ПРОФИ» и «ЛЕОНАРДО» заводской уровень чувствительности 0,12 дБ/м может быть перепрограммирован при помощи МПДУ на 0,08 дБ/м или на 0,16 дБ/м – в зависимости от условий эксплуатации. Использование высокой чувствительности несколько сокращает диапазон компенсации и в равных условиях потребует более частого технического обслуживания, пониженная чувствительность, наоборот, позволяет увеличить периоды между техническим обслуживанием. Следовательно, повышенную чувствительность желательно использовать в достаточно чистых помещениях, а в относительно пыльных зонах можно устанавливать пониженную чувствительность.

Таким образом, можно отметить, что современное развитие микроэлектроники позволяет значительно поднять интеллектуальный уровень пожарных извещателей, однако не может скомпенсировать недостатки конструкторской проработки. Электроника не может скомпенсировать разброс датчиков по чувствительности и оптимизировать дымозаход. К тому же, простейшее исключение дрейфа сигнала фотодиода не соответствует стабилизации чувствительности – необходимо учитывать более сложные зависимости.

И. Неплохов, к.т.н.,

Игорь Неплохов
Технический директор по ПС
компании ADT Security Solutions, к.т.н.