CN102230830B - 一种具有热释电效应的温度感知元件及线型感温探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热释电效应原理制作的线型温度感知元件及由其制作的火灾探测器，其包括线型温度感知元件、连接于线型温度感知元件首端的电信号处理装置和连接在线型温度感知元件尾端的终端盒。线型温度感知元件为缆式结构，包括两条金属导体、金属导体之间由具有热释电效应的高分子材料隔离，最外部为电缆护套层；电信号处理装置内部设有电压输入信号检测处理单元和电压输出指示单元，采用故障巡检和火警巡检分时检测的工作方式；终端盒内部设有发光二极管，可显示本火灾探测器的工作状态。

Description

一种具有热释电效应的温度感知元件及线型感温探测器

技术领域

本发明涉及一种线型温度感知元件及由其制作的线型感温火灾探测器，具体涉及一种具有热释电效应的线型温度感知元件及由其制作的可恢复式缆式线型感温火灾探测器。

背景技术

目前可恢复式缆式线型感温火灾探测器由线型温度感知元件、连接于线型温度感知元件首端的电信号处理装置和连接于线型温度感知元件尾端的终端盒组成，其功能的实现主要有三种技术途径：一是探测器的线型温度感知元件采用两个具有不同温度特性的温度传感元件，并对其数据进行处理，以实现对监视环境异常温度升高的报警；采用这种技术方式的线型感温火灾探测器虽然在一定程度上消除了环境温度的高低、受热长度的长短对其报警阈值的影响，但无法消除环境温度的均匀性、不同温度特性的温度传感通道对温度响应时间的快慢等多种因素对该探测器工作可靠性的影响，因而降低该探测器的可靠性。另外由于采用了双传感测温、双通道数据处理技术，提高了该探测器的产品成本。二是在探测器的线型温度感知元件中加入可熔或可融绝缘层，当温度低于绝缘层的软化温度时，由于绝缘层的存在，线型温度感知元件两导体间的电阻值与环境温度无关；只有当温度超过绝缘层的软化温度时，绝缘层被破坏后，感温电缆两导体间的电阻值才随温度的变化而改变。采用这种技术方式的线型感温火灾探测器的绝缘层被破坏后不能复原，当被破坏的绝缘层累计到一定的长度后，环境温度的变化也严重影响探测器的报警阈值；而且该探测器感温电缆生产工艺比较复杂，产品成本较高。三是利用连续型热电偶原理制作可恢复式缆式线型感温火灾探测器，这种探测器的线型温度感知元件的芯线导体必须是热电偶材料且结构复杂，探测器的报警温度受环境温度、探测器长度、受热长度等因素的影响较大，工作可靠性低。

此外目前可恢复式缆式线型感温火灾探测器的工作状态显示装置均位于连接在线型温度感知元件首端的信号处理装置内，连接于线型温度感知元件尾端的终端盒亦可显示工作状态的可恢复式缆式线型感温火灾探测器至今未见文献披露。

发明内容

本发明的目的在于克服目前可恢复缆式线型感温火灾探测器存在的上述不足，为此本发明提出了一种全新的利用热释电效应原理制作的线型温度感知元件，及由该元件制作的可恢复式缆式线型感温火灾探测器。

本发明提供了一种利用热释电效应原理制作的线型温度感知元件，其包括两根金属导体，所述金属导体之间由具有热释电效应的高分子材料隔离，最外部为电缆护套层。

本发明提供的线型温度感知元件的两根金属导线的材质可以是两种不同的金属或合金，也可以是电阻值大小不同的同一种金属或合金。所述两根金属导线的形状可以是线型、网型、薄片型等形状。

本发明提供的线型温度感知元件中的高分子材料由具有热释电效应的单晶、压电陶瓷、高分子薄膜、热释电塑料中的至少一种制成。

本发明提供的线型温度感知元件的结构型式可以是同轴缆式结构、平行缆式结构或双绞缆式结构中的一种。

本发明还提供了一种线型感温火灾探测器，其包括利用热释电效应原理制作的线型温度感知元件、与线型温度感知元件首端连接的电信号处理装置和与线型温度感知元件尾端连接的终端盒三部分。所述电信号处理装置内部设有电压输入信号检测处理单元和电压输出指示单元，采用故障巡检和火警巡检分时检测的工作方式。其性能满足国家标准GB16280-2005《线型感温火灾探测器》及其第1号修改单的相关要求。

本发明提供的线性火灾探测器，其中电压输入信号检测处理单元可进一步用于检测处理整个回路电压值，在其工作期间，对所述线型温度感知元件的输出电压信号进行检测处理，并在所述线型温度感知元件的输出电压参数超过预置的报警阈值时输出报警信号。电压输出指示单元可进一步用于向终端盒发出指示信号，在其工作期间，能够通过一电容经由所述线型温度感知元件的两根金属导体，向所述终端盒内部的发光二极管输出一定频率的电压信号，并在此期间检测由线型温度感知元件、电信号处理装置和终端盒构成的整个电路是否出现断路、短路故障。终端盒内部的发光二极管可进一步用于显示本线型感温火灾探测器的工作状态。

附图说明

图1为本发明提供的线型感温火灾探测器连接示意图。

图2为本发明提供的线型温度感知元件采用同轴缆式结构的横向结构剖视图。

图3为本发明提供的线型温度感知元件采用平行缆式结构的横向结构剖视图。

图4为本发明提供的线型温度感知元件采用双绞缆式结构时的示意图。

具体实施方式

本发明提供的具有热释电效应的线型温度感知元件2包括两根金属导体，所述金属导体之间由具有热释电效应的高分子材料隔离，最外部为电缆护套层。金属导体的材质可以是同一种金属或合金，也可以是两种不同的金属或合金，两根金属导体采用同一种金属或合金时，其电阻值的大小不同；金属导体的形态可以是线型、网型、薄片型等任何形状，金属导体之间由具有热释电效应的高分子材料隔离，最外部为电缆护套层。金属导体之间的高分子材料可以是具有热释电效应的单晶、压电陶瓷、高分子薄膜、热释电塑料中的至少一种。本发明的线型温度感知元件2可以做成同轴结构、平行结构或双绞线结构，图2为本发明提供的基于热释电效应原理制作的可恢复式缆式线型感温火灾探测器的线型温度感知元件采用同轴缆式结构的横向结构剖视图，图3为本发明提供的基于热释电效应原理制作的可恢复式缆式线型感温火灾探测器的线型温度感知元件采用平行缆式结构的横向结构剖视图，图4为本发明提供的基于热释电效应原理制作的可恢复式缆式线型感温火灾探测器的线型温度感知元件采用双绞缆式结构时的示意图，图2、图3、图4中的7、9为金属导体，图2、图3、图4中的8为金属导体对之间的具有热释电效应的高分子材料隔离层，图2、图3、图4中的6为电缆护套层。

当线型温度感知元件受热时，位于金属导体之间由具有热释电效应的高分子材料的极化强度发生变化，从而在两金属导体之间产生随受热温度变化的电压信号，该电压信号具有热释电效应的典型特征：当该线型温度感知元件所处环境温度升高时，其输出电压信号升高，当该线型温度感知元件所处环境温度稳定不变后，其输出电压信号有下降趋势。

如图1所示，本发明提供的的线型感温火灾探测器由具有热释电效应的线型温度感知元件2、电信号处理装置1和终端盒3构成，线型温度感知元件2的金属线作为电信号的两极，其首端、尾端分别与电信号处理装置和终端盒相连接。

本发明提供的连接在线型温度感知元件首端的电信号处理装置内部设有电压输入信号检测处理单元5和电压输出单元4，采用故障巡检和火警巡检分时检测的工作方式。

探测器故障巡检工作期间，电压输出单元输出某一频率的矩形脉冲电压信号，当电压输出单元输出电压为高电平时，电压输入信号检测处理单元对由终端盒、线型温度感知元件、电信号处理装置组成的整个电路进行断路或短路故障检测：如果电压输入信号检测处理单元的输入端电压为低电平，探测器为短路故障报警状态；如果电压输入信号检测处理单元的输入端电压为高电平，探测器为断路故障报警状态；当探测器整个电气回路无短路或断路故障时，电压输出单元输出的矩形脉冲电压信号通过线型温度感知元件的两条金属导线施加到终端盒内部的发光二极管，使该发光二极管发光闪烁，其发光闪烁频率与电压输出单元输出电压频率相同，此时电压输入信号检测处理单元的输入端电压介于高低电平之间；当探测器处于短路或断路故障报警状态时，终端盒内部的发光二极管失去供电电压，终端盒内部的发光二极管为熄灭状态。探测器火警巡检工作期间，电压输出单元输出电压为零且为高阻状态时，终端盒内部的发光二极管熄灭，电压输入信号检测处理单元对线型温度感知元件的输出电压信号进行检测处理，当由于温度变化致使线型温度感知元件的输出电压参数超过预置的报警阈值时，探测器为火灾报警工作状态；探测器进入火灾报警工作状态后，电信号处理装置内部的电压输出单元可降低或增加故障巡检期间输出的矩形脉冲电压信号的频率，致使终端盒内部发光二极管的闪烁频率降低或增加，指示探测器处于火灾报警状态。

由于故障巡检工作期间，电压输出单元4的输出给线型温度感知元件2两金属导体7、9之间热释电高分子材料层施加了一个直流电场，造成线型温度感知元件2两金属导体7、9之间热释电高分子材料层的电场极化，影响了其输出电压的稳定性。为消除这种影响，本发明提供的连接在线型温度感知元件首端的电信号处理装置1内的电压输出单元4通过一电容C与线型温度感知元件2相连接。下面结合图1说明将电压输出单元4的输出给线型温度感知元件2两金属导体7、9之间热释电高分子材料层施加的直流电场转变为交流电场的过程：故障巡检工作期间，电压输出单元输出某一频率的矩形脉冲电压信号，当电压输出单元输出电压为高电平时，电压输出单元输出电压通过电容C、线型温度感知元件2金属导体9、终端盒内部发光二极管的正极、终端盒内部发光二极管的负极、线型温度感知元件2金属导体7这一电路通道，给电容C充电，期间施加到线型温度感知元件2内部的热释电高分子材料层间的电场方向为金属导体9为正极，金属导体7为负极；当电压输出单元输出电压为零电平时，电容C通过电压输出单元、线型温度感知元件2的金属导体7、线型温度感知元件间的热释电高分子材料层、线型温度感知元件2的金属导体9这一电路通道放电，期间施加到线型温度感知元件2内部的热释电高分子材料层间的电场方向为金属导体7为正极，金属导体9为负极。通过电容C的充电、放电过程，消除外加直流电场对具有热释电特性的高分子材料隔离层造成的影响，解决热释电特性本身的缺陷。

Claims (3)

1.一种利用热释电效应原理制作的线型感温火灾探测器，其包括：线型温度感知元件；连接在线型温度感知元件首端的电信号处理装置；及连接在线型温度感知元件尾端的显示探测器工作状态的终端盒，所述火灾探测器的特征在于：线型温度感知元件具有热释电效应，其包括两根金属导线，且所述两根金属导线之间由具有热释电效应的高分子材料隔离；所述电信号处理装置内部设有检测处理整个回路电压值的电压输入信号检测处理单元及向终端盒发出指示信号的电压输出指示单元；所述终端盒能指示工作状态。

2.根据权利要求1所述的火灾探测器，其中所述电压输出指示单元能够通过一电容向所述终端盒内部的发光二极管输出一定频率的电压信号，并通过所述电容放电，消除外加电场对所述高分子材料隔离层造成的影响。

3.根据权利要求2所述的火灾探测器，其中所述发光二极管通过不同频率的闪烁，指示探测器不同的工作状态。

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