CN101046414B - 一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器 - Google Patents
一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器 Download PDFInfo
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Abstract
一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，由感温电缆两端分别与微机调制器(8)和终端电阻R1-R3连接成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构：两根弹性金属导体(1)，其中一根包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘层(2)，再包覆公共极金属箔或导电材料层(4)，另一根弹性金属导体(1)包覆半导体层(3)，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘层(2)；两根线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间优选，然后一起挤塑外护套层(6)。产品质量可靠性高，成本低，感温报警灵敏度高，不受使用长度限制，能满足GB16280-2005《线型感温探测器》及补充条款的性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种缆式线型感温报警装置，一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器。
技术背景
现有技术中的线型感温火灾探测器是一种用途不广泛的火灾探测器，目前使用的线型感温探测器：由一开关量线型感温火灾探测器和一模拟量线型感温火灾探测器构成四芯结构感温探测器，参见图1。在两根导体11外分别包覆NTC塑料层9，两根导体绞合在一起，另外两根弹性导体12外分别包覆可熔性塑料层10绞合在一起。外有外护套14，电阻信号测量装置13的信号输入端与所述导体相连接，用于测量所述两根导体之间和两根弹性导体之间的电阻及短路情况。当探测器电缆受热时，其温度随之上升，首先两导体间的NTC塑料层11的电阻下降，当其阻值下降到一设定值时，电阻信号测量装置将产生并输出第一次火警信号；然后，当温度达到较高程度时，可融性塑料层发生软化或融化，在弹性导体的弹力作用下，两根导体相互接触，即发生短路电阻信号，测量装置将产生并输出第二次火警信号。该探测器的优点是：能输出两次火警信号。该探测器的缺点是：模拟量信号设置的报警温度与使用长度和环境温度有关，不能正确的判断火灾报警温度，使该探测器报警温度的准确性较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，实现开关量定温报警、模拟量感温多级报警的功能。
一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，由感温电缆两端分别与微机调制器和终端电阻R1、R2、R3连接形成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构：它采用的是两根弹性金属导体，其中一根包覆半导体层，再包覆绝缘材料层；另一根包覆绝缘材料层，再包覆铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层；二根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间优选，然后一起挤塑外护套层。铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层作为公共极。微机调制器监测两根弹性金属导体之间产生的阻值变化量，在微机调制器内存中设置绝缘材料层和半导体材料层的报警信号启动阻值量，由高至低呈线性变化或非线性变化的阻值区域内设定多个温度等级报警值，实现模拟量定温报警信号输出，并利用两根弹性导体之间的短路，实现开关量定温报警信号输出。
本发明是一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器的突出优点是：因为所设计的电缆结构才能实现开关量信号输出报警与模拟量信号输出报警完美的结合在一条细小的电缆中，并且由于开关量和模拟量两种报警信号输出，使线型感温探测器具有更高的安全性和可靠性。尽管感温电缆内增加了铝塑复合带、铜塑复合带、金属箔或导电材料包覆层仍能保持电缆截面较小，而对导体包覆导热系数高的金属材质层，使感温电缆内外结构同时受热，并将热量迅速传导达到所设定的报警温度值，对火灾响应时间比已有技术至少提前5秒以上报警，为早期火灾预报赢得时间。
定温报警温度可设定为60℃、70℃、85℃、105℃、138℃、180℃六个温度等级中的一种报警温度；模拟量感温报警可在60℃-138℃之间任意设置报警温度，适用较宽的温度范围。产品质量可靠性高，成本低，感温报警灵敏度高，不受使用长度限制，能满足GB16280-2005《线型感温探测器》及补充条款的性能要求。
附图说明
图1是传统四芯结构的开关量/模拟量复合线型感温火灾探测器示意图；
图2、图4、图6、图8是二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器例1-例4剖面结构示意图；
图3、图5、图7、图9是例1-例4结构示意图；
具体实施方式
一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，由感温电缆两端分别与微机调制器和终端电阻R1、R2、R3连接形成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构，例1见图2、图3：它采用的是两根弹性金属导体1，其中一根弹性金属导体1包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2，再包覆铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4，另一根弹性金属导体1包覆半导体层3，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2。两根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间优选，然后一起挤塑外护套层。
半导体层3由所述NTC特性或CTR特性高分子聚合物材料中至少一种制成。
当感温电缆在允许使用最高环境温度以下时，弹性金属导体1与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4之间的阻值始终处于高阻状态下，微机调制器8检测不到两根弹性金属导体1与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4之间的阻值变化，当感温电缆受热时，且超过两根弹性金属导体1包覆的绝缘材料层2的维卡软化点时，在弹力作用下，其中一根弹性金属导体1与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4发生短路，另一根弹性金属导体1的半导体包覆层3与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4发生短路，通过微机调制器8输出开关量和模拟量报警信号。
例2 一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，见图4和图5，由感温电缆两端分别与微机调制器8和终端电阻R1、R2、R3连接形成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构：采用两根弹性金属导体1，其中一根外包覆导电层5，然后包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层
2，再包覆公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4；另一根弹性金属导体1外包覆半导体层3，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2。两根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间优选，然后一起挤塑外护套层6。
当感温电缆在允许使用最高环境温度以下时，由于弹性金属导体1与导电材料层4之间存在绝缘层2，弹性金属导体1与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4之间的阻值始终处于高阻状态下，微机调制器8检测不到两根弹性金属导体1之间以及与公共极导电材料层4之间的阻值变化，当感温电缆受热且超过两根弹性金属导体1的绝缘材料层2维卡软化点时，在弹力作用下，其中一根弹性金属导体1的导电层5与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4发生短路，另一根弹性金属导体1的半导体包覆层3与公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4发生短路，分别通过微机调制器8发出开关量和模拟量报警信号。
例3一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，见图6和图7，由感温电缆两端分别与微机调制器8和终端电阻R1、R2、R3连接形成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构：它采用的是两根弹性金属导体1，其中一根包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2，再包覆铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4，另一根弹性金属导体1包覆半导体层3，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2；两根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间优选，再顺放或绞合、缠绕一根或一根以上的公共极安装导线7，最后一起挤塑外护套层6。
当感温电缆在允许使用最高环境温度以下时，弹性金属导体1与铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4之间的阻值始终处于高阻状态下，微机调制器8检测不到两根弹性金属导体1与铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4之间的阻值变化，当感温电缆受热时，且超过两根弹性金属导体1之间绝缘材料层2的维卡软化点时，弹性金属导体1在弹力作用下，其中一根弹性金属导体1与铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4发生短路，另一根弹性金属导体1的半导体包覆层3与铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4发生短路，通过微机调制器8输出开关量和模拟量报警信号。
例4一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，见图8和图9，由感温电缆两端分别与微机调制器8和终端电阻R1、R2、R3连接形成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构：采用两根弹性金属导体1，其中一根外包覆导电材料层5，然后包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2，再包覆铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4，另一根弹性金属导体1外包覆半导体层3、包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层2。两根由不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间优选，再顺放或绞合、缠绕一根或一根以上的公共极安装导线7，然后一起挤塑外护套层6。
当感温电缆受热时，且超过两根弹性金属导体1之间绝缘材料层的维卡软化点时，在弹力作用下，其中一根弹性金属导体1的导电材料层5与铝塑复合带或铜塑复合带或金属箔或导电材料层4发生短路，另一根弹性金属导体1的半导体包覆层3与铝塑复合带或铜塑复合带或金属箔或导电材料层4发生短路，通过微机调制器8输出开关量和模拟量报警信号。
终端电阻R1、R2和终端电阻R3可同时存在，连接方式见图3、图5、图7、图9。两根弹性金属导体1间连接R1、R2，再将R3连接在铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层4与R1、R2间。当终端电阻只有R1和R2时，将R3用导线替代。当终端电阻只有R3时，同样，R1和R2用导线替代即可。终端电阻R1、R2、R3电阻值在50Ω～50MΩ优选。
本发明中各包覆层所采用的材料包括：
1.NTC(负温度系数)特性高分子聚合物材料：是以高分子聚合物(丁腈橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氯乙烯树脂、聚乙烯、氟塑料、聚丙烯、聚酰胺塑料、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰胺、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯等高分子材料其中之一)为基材通过参杂：
①导电高分子材料：聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩、聚酞箐、聚环氧乙烷、季铵盐离子抗静电剂中的一种或多种，经混合后，热熔、混炼、压片、造粒制成。
②或者参杂导电粉体：导体氧化锌、导电氧化钛、导电氧化钒、导电氧化锡、导电氧化铅、导电二氧化硅、铜粉、铝粉、铁粉、银粉、锡粉、镍粉、导电炭黑、炭黑中的一种或多种，经混合后热熔、混炼、压片、造粒制成。
③也可通过参杂增塑剂(增塑剂已知225种)，一种或多种经混合后，热熔、混炼、压片、造粒制成。
④辅助剂：抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、增强剂、着色剂、润滑剂、防雾剂、防老剂、抗静电剂、防白蚁剂、防鼠剂、促进剂、软化剂中的一种或多种，添加后不影响产品特性，可有可无，可多可少。
⑤填充剂、补强剂：煅烧陶土、碳酸氢钙、滑石粉、钛白粉、赤泥、粉煤灰、玻璃纤维、氧化锌、氧化镁、瓷土粉，填充剂起到增量作用，不影响产品特性，可有可无，可多可少。
其中的①②③项可其中之一，也可几种或全部加入。
NTC(负温度系数)特性高分子聚合物材料包覆层，包覆厚度在0.01～2.0mm之间选择。
例如
高分子聚合物主材料：聚氯乙烯树脂100份
增塑剂：DOP(邻苯二甲酸二辛酯)20份，氯化石蜡20份，DBP(邻苯二甲酸二正丁酯)10份
辅助剂：(抗氧剂)双酚A 0.2份，
填充剂：碳酸氢钙10份
稳定剂：二盐基性亚磷酸铅5份
上述材料经混合、捏合、混炼、压片、造粒制成。
温度升高，电阻率会随之下降，在25℃～150℃之间(下降2～8个数量级)。
2.CTR(负温临界热敏电阻)特性高分子聚合物材料：是以高分子聚合物(丁腈橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氯乙烯树脂、聚乙烯、氟塑料、聚丙烯、聚酰胺塑料、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰胺、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯等高分子材料其中之一)为基材通过参杂。
①导电高分子材料：聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩、聚酞箐、聚环氧乙烷、季铵盐离子抗静电剂中的一种或多种，经混合后，热熔、混炼、压片、造粒制成。
②也可能过参杂导电粉体：导体氧化锌、导电氧化钛、导电氧化钒、导电氧化锡、导电氧化铅、导电二氧化硅、铜粉、铝粉、铁粉、银粉、锡粉、镍粉、导电炭黑、炭黑中的一种或多种，经混合后热熔、混炼、压片、造粒制成。
③也可通过参杂增塑剂(增塑剂已知225种)，一种或多种经混合后，热熔、混炼、压片、造粒制成。
④辅助剂：抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、增强剂、着色剂、润滑剂、防雾剂、防老剂、抗静电剂、防白蚁剂、防鼠剂、促进剂、软化剂中的一种或多种，添加后不影响产品特性，可有可无，可多可少。
⑤填充剂、补强剂：煅烧陶土、碳酸氢钙、滑石粉、钛白粉、赤泥、粉煤灰、玻璃纤维、氧化锌、氧化镁、瓷土粉，填充剂起到增量作用，不影响产品特性，可有可无，可多可少。
其中的①②③项可其中之一，也可几种或全部加入。
CTR(负温临界热敏电阻)特性高分子聚合物材料包覆层，包覆厚度在0.01～2.0mm之间选择。
例如：
高分子聚合物主材料：聚氯乙烯树脂100份
增塑剂：DBP(邻苯二甲酸二正丁酯)50份
辅助剂：(抗氧剂)2246-S(又称4-甲基-6-叔丁基酚)0.1份
填充剂：碳酸氢钙5份
稳定剂：二盐基性亚磷酸铅5份
导电粉体：导电氧化锌20份
导电高分子材料：聚环氧乙烷1份
上述材料经混合、捏合、混炼、压片、造粒制成。
温度升高，电阻率会在一特定温度范围内突变下降，在25℃～150℃之间(下降2～8个数量级)。
3.绝缘材料层：(通用材料)
选择绝缘材料的性能是：维卡软化点为40℃～180℃，体积电阻率在1010～1018Ω·cm的所有塑料、橡胶材料。
4、PTC(正温度系数)特性高分子聚合物材料：PTC(正温度系数)特性高分子聚合物材料是以高分子聚合物(聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、天然橡胶、聚偏二氟乙烯等)为基材，通过参杂：
①也可能过参杂导电粉体：导体氧化锌、导电氧化钛、导电氧化钒、导电氧化锡、导电氧化铅、导电二氧化硅、铜粉、铝粉、铁粉、银粉、锡粉、镍粉、导电炭黑、炭黑、中的一种或多种，经混合后热熔、混炼、压片、造粒制成。
②辅助剂：抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、增强剂、着色剂、润滑剂、防雾剂、防老剂、抗静电剂、防白蚁剂、防鼠剂、促进剂、软化剂，添加后不影响产品特性，可有可无，可多可少。
③填充、补强剂：煅烧陶土、碳酸氢钙、滑石粉、钛白粉、赤泥、粉煤灰、玻璃纤维、氧化锌、氧化镁、瓷土粉，填充剂起到增量作用，不影响产品特性，可有可无，可多可少。
其中的①②③项可其中之一，也可几种或全部加入。
例如：高分子聚合物主材料：PVDF(聚偏二氟乙烯)50份
HDPF(高密度聚乙烯)50份
导电粉体：乙炔炭黑11份
上述材料经混合、捏合、混炼、压片、造粒制成。
温度升高，电阻率会在一特定温度范围内突变上升，在25℃～150℃之间(升高2～6个数量级)。
5、铝塑或铜塑复合带或金属箔
铝塑复合带为两侧为铝箔，中间为塑料层；铜塑复合带为两侧为铜箔，中间为塑料层。铝塑复合带或铜塑复合带或金属箔的厚度可以在0.01～1.0mm之间选用。
6、弹性金属导体1：规格在Ф0.2～3.0mm之间选用。
材质可选用钢线、铜线、铁线、镍线、铂线、不锈钢线及上述材料的合金材料，导线外层或是镀锌、镀锡、镀铜、镀银、镀铬、镀镍。因金属线材受拉伸、延展后具有一定强度和弹性，所以称为弹性金属导线。
7、公共极安装导体7：规格在Ф0.2～3.0mm之间选用，材质为所有导电金属丝。
8、导电材料：体积电阻系数在10-2～109所有塑料、橡胶、漆、陶瓷材料或上述具有NTC特性或CTR特性的材料。
上述感温电缆所用材料均是本领域通用材料：
9、挤塑外护套层：材料可以是高分子聚合物绝缘材料或PTC、NTC、CTR特性高分子聚合物材料，也可以是半导体高分子聚合物材料。挤塑护套层的厚度在0.1～2.0mm之间选择。
Claims (9)
1.一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，由感温电缆两端分别与微机调制器(8)和终端电阻R1、R2、R3连接成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆的结构：它采用的是两根弹性金属导体(1)，其中一根包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘层(2)，再包覆公共极铝塑复合带或铜塑复合带或金属箔或导电材料层(4)，另一根弹性金属导体(1)包覆半导体层(3)，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘层(2)；两根有不相同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间，然后一起挤塑外护套层(6)。
2.根据权利要求1所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于感温电缆结构还可以是：两根弹性金属导体(1)其中一根外包覆导电材料层(5)，然后包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层(2)，再包覆公共极铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层(4)，另一根弹性金属导体(1)外包覆半导体层(3)，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层(2)；两根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间，然后一起挤塑外护套层(6)。
3.根据权利要求1所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，感温电缆两端分别与微机调制器(8)和终端电阻R1、R2、R3连接形成闭路信号采集电路，其特征在于感温电缆结构还可以是：两根弹性金属导体(1)，其中一根包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层(2)，再包覆铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层(4)，另一根弹性金属导体(1)包覆半导体层(3)，再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层(2)；两根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间；再顺放或绞合、缠绕一根或一根以上的公共极安装导线(7)，最后一起挤塑外护套层(6)。
4.根据权利要求1所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于感温电缆的结构还可是：采用两根弹性金属导体(1)，其中一根外包覆导电材料层(5)，然后包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层(2)，再包覆铝塑复合带或铜塑复合带、金属箔或导电材料层(4)，另一根弹性金属导体(1)外包覆半导体层(3)、再包覆维卡软化点为40℃～180℃的绝缘材料层(2)；两根有不同包覆层的线芯绞合在一起，其绞合节距在20mm～200mm之间，然后再顺放或绞合、缠绕一根或一根以上的公共极安装导线(7)，最后一起挤塑外护套层(6)。
5.根据权利要求1所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于终端电阻R1、R2、R3电阻值在50Ω～50MΩ；终端电阻R1、R2和终端电阻R3可同时存在，或只有R3，或只有R1和R2。
6.根据权利要求4所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于导电材料层(5)，采用体积电阻系数在10-2～109所有塑料、橡胶、漆、陶瓷材料，或具有负温度系数特性或负温临界热敏电阻特性的材料。
7.根据权利要求1所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于半导体材料层(3)的材料采用负温度系数特性或负温临界热敏电阻特性的高分子聚合物材料中一种或多种制成；弹性金属导体(1)材质可选用铜线、铁线、镍线、铂线、不锈钢线及合金材料的一种或两种，导线外层或是镀锌、镀锡、镀铜、镀银、镀铬、镀镍。
8.根据权利要求1所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于铝塑复合带或铜塑复合带或金属箔层(4)，其中铝塑复合带或铜塑复合带要求两侧为铝箔或铜箔，中间为塑料层。
9.根据权利要求3所述的一种二芯结构的开关量、模拟量复合式线型感温探测器，其特征在于弹性金属导体(1)：规格在Φ0.2～3.0mm之间选用；
铝塑复合带或铜塑复合带或金属箔(4)的厚度可以在0.01～1.0mm之间选用；
公共极安装导线(7)采用导电金属丝中的一种：规格为Φ0.2mm～Φ3.0mm。
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