CN103065420A - 一种不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法 - Google Patents
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Abstract
一种不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法。探测器包括感温电缆和连在感温电缆一端的信号处理单元；感温电缆由两根之间设有感温绝缘层且绞合在一起的探测导体组成，感温绝缘层由负温度系数高分子绝缘材料、正温度系数高分子绝缘材料或电阻突变性负温度系数高分子绝缘材料中一种制成。本发明可通过其上感温绝缘层电阻的变化来实现温度探测，结合感温绝缘层材料所固有的软化特性使线芯发生短路来实现温度升限报警，能够区分非正常故障短路和温升火警短路，提高了感温电缆的探测灵敏度，减少了响应时间。另外，其还能测量探测导体短路点到起始点的距离，有利于现场的管理。
Description
技术领域
本发明属于消防技术领域，特别是涉及一种不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法。
背景技术
线型感温火灾探测器通常由敏感元件和连接在敏感元件一端的信号处理单元组成，有时还包括一个连接在敏感元件另一端的终端盒。其中缆式线型感温火灾探测器上的敏感元件一般称为感温电缆或探测线缆，分为可恢复式和不可恢复式两大类。
现有的可恢复缆式线型感温火灾探测器上的感温电缆主要由两根作为探测导体，外部挤塑一层负温度系数热敏绝缘材料的铜丝组成，采用的是模拟量检测两根探测导体间热敏绝缘材料电阻变化的报警原理，所以对大范围火灾探测的灵敏度要比开关量不可恢复式感温电缆高，而且可重复使用，报警后无需更换，在环境温度恢复正常后，探测器自动恢复原来绝缘状态，无需人工操作。
但是，由于可恢复缆式线型感温火灾探测器是采用模拟量检测两根探测导体间绝缘材料电阻变化的报警原理，即将两根探测导体间的负温度系数热敏绝缘材料等效成并联的无数个固定的“负温度系数热敏绝缘电阻”，由于负温度系数热敏绝缘电阻的变化是非线性的，因此并联后电阻总值也是非线性的。另外，实际应用中这种火灾探测器还存在受环境温度的不可精确预定，每个回路感温电缆使用的长度不一，火灾事故中实际局部温度升高时受热感温电缆的长度不一等客观因素的影响，因此人们不可能精确知道实际感受热量变化的固定“负温度系数热敏绝缘电阻”的数量，甚至每个固定的热敏绝缘电阻的变化或感受的温度变化也是不可预知的。也就是说，如果环境整体温度高，可恢复缆式线型感温火灾探测器全线两根探测导体间绝缘电阻的阻值会下降，总的等效电阻值大幅下降，这与线型感温火灾探测器上部分或局部感温电缆受热温度升高较多而造成的两根探测导体间总阻值下降较多难以区分，所以这些都将影响总的绝缘电阻的变化。因此，探测器报警阈值与环境温度、同时受热长度及感温电缆的使用长度等因素有关，这些因素都会影响报警的准确性。此外，环境温度越高，报警阈值越低；同时受热长度长或者使用长度长，报警阈值低。
现有的不可恢复缆式线型感温火灾探测器上的感温电缆主要由两根作为探测导体，外部挤塑一层可熔融高分子绝缘材料，并且绞合在一起的弹性钢丝组成。当环境温度达到该感温电缆的动作温度值时，受热部位的可熔融高分子绝缘材料将产生软化，这时两根探测导体将依靠弹力挤掉该部位的可熔融高分子绝缘材料层而相互接触在一起并导通，信号处理单元能够立即检测出该信号并迅速发出温度升限报警信号。由于这种不可恢复缆式线型感温火灾探测器动作后绝缘层被破坏，所以称为不可恢复，需要将动作部分剪去，剩余未动作部分还可以使用。这种不可恢复缆式线型感温火灾探测器是根据感温电缆的短路来进行火灾报警。其缺点是如果处于环境复杂的使用场所，在感温电缆的安装、使用或检修过程中，当受到机械挤压、拉扯、动物撕咬等外力作用时都会导致探测导体间发生短路，这时就会产生误报警。
中国专利第200620133478.2号中公开了一种带短路故障报警的不可恢复线型感温火灾探测器，该探测器能够区分短路故障和火灾短路两种情况。其上的探测线缆包括至少两根平行设置的探测导体和可熔融绝缘层，所述的探测线缆还包括半导体层，其中，所述半导体材料层和可熔融绝缘层设置在两根导体之间，以隔开所述探测导体；所述的探测线缆进一步包括导电层，设置在所述半导体层和所述可熔融绝缘层之间，与所述半导体层和所述可熔融绝缘层并行。该不可恢复线型感温火灾探测器的缺点是结构复杂，导电层制造成本高，因此不利于大批量连续生产。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够区分外力引起的故障短路或温升引起的升限火警短路的不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法。
为了达到上述目的，本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器包括感温电缆和连接在感温电缆一端的信号处理单元；其中感温电缆主要由两根之间设有感温绝缘层且绞合在一起的探测导体组成，所述的感温绝缘层采用可熔感温绝缘材料制成，其软化点温度在40℃～180℃范围内。
所述的感温绝缘层由负温度系数高分子绝缘材料、正温度系数高分子绝缘材料和电阻突变性负温度系数高分子绝缘材料中的一种制成。
所述的两根探测导体至少一根为弹性探测导体。
所述的弹性探测导体选自弹性金属丝、记忆合金丝和弹性金属管中的至少一种。
所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器还包括包覆在感温电缆外部的护套)。
本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)信号处理单元实时检测感温电缆上两根探测导体之间的电阻值R，并判断电阻值R是否达到电阻报警阈值DT；
2)如果判断结果是电阻值R接近零，信号处理单元发出短路故障报警信号；如果判断结果是电阻值R先达到电阻报警阈值DT，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元发出火灾报警信号。
在所述的步骤2)中，一旦判断结果是电阻值R达到报警阈值DT，然后，至少再重复一次从步骤1)到步骤2)的检测过程，如果判断结果仍然是电阻值R达到电阻报警阈值DT，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元才发出火灾报警信号。
本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)信号处理单元实时检测感温电缆上两根探测导体之间感温绝缘层的电阻值R或电阻值变化率R′，并判断电阻值变化率R′是否达到电阻变化率报警阈值DT′；
2)如果判断结果是电阻值R接近零，信号处理单元发出短路故障报警信号；如果判断结果是电阻值变化率R′先达到电阻变化率报警阈值DT′，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元发出火灾报警信号。
在所述的步骤2)中，一旦判断结果是电阻值变化率R′达到电阻变化率报警阈值DT′，然后，至少再重复一次由步骤1)到步骤2)的检测过程，如果判断结果仍然是电阻值变化率R′达到电阻变化率报警阈值DT′，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元才发出火灾报警信号。
所述的报警方法还包括下列步骤：在步骤2)中检测出电阻值R接近零的短路情况后，进一步检测此时感温电缆上两根探测导体之间的电阻值R线，由此确定出短路点与探测导体开始端之间的距离。
本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法可通过其上感温绝缘层电阻的变化来实现温度探测，结合感温绝缘层材料所固有的软化特性使线芯发生短路来实现温度升限报警，能够区分非正常故障短路和温升火警短路，提高了感温电缆的探测灵敏度，减少了响应时间。另外，其还能够测量探测导体短路点到起始点的距离，有利于现场的管理。此外，本探测器可以在感温电缆全长范围做到任意一点无间断连续探测，并且不需要设置导电层，从而可以降低生产成本，有利于大批量连续生产。
附图说明
图1为本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器结构示意图。
图2为图1示出的线型感温火灾探测器上感温电缆受力情况示意图。
图3为本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器另一实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法进行详细说明。
实施例一
如图1、图2所示，本实施例提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器包括感温电缆1和连接在感温电缆1一端的信号处理单元2；其中感温电缆1主要由两根之间设有感温绝缘层12且绞合在一起的探测导体11组成，感温绝缘层12采用可熔感温绝缘材料制成，其软化点温度在40℃～180℃范围内；信号处理单元2中设有作为控制器的单片机。
所述的感温绝缘层12由负温度系数高分子绝缘材料、正温度系数高分子绝缘材料和电阻突变性负温度系数高分子绝缘材料中的一种制成。
两根探测导体11中至少一根为弹性探测导体。弹性探测导体选自弹性金属丝、记忆合金丝和弹性金属管中的至少一种，用于形成弹力F。
所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器还包括包覆在感温电缆1外部的护套13，护套13由PVC、PE、橡胶、化纤或编织金属丝构成。
现将本发明提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器工作原理阐述如下：
参数定义：由于感温绝缘层12所采用的上述材料固有的软化特性，在温度升高到一定值时其会发生软化，此时的温度设为软化点温度T1。以Tb作为本感温火灾探测器的报警温度，在到达报警温度Tb之前设置Ty作为预警温度。以R作为信号处理单元2检测的感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值，R′为并联在两根探测导体11之间的电阻变化率；DT为与预警温度Ty相对应的探测器的电阻报警阈值DT，DT′为与预警温度Ty相对应的探测器的电阻变化率报警阈值DT′。
实际工作中，信号处理单元中2实时检测两根探测导体11之间的电阻值R。在正常情况下，由于感温绝缘层12所采用的可熔感温绝缘材料的电阻率较高，因此其绝缘电阻值很大。当温度升高时，感温绝缘层12的绝缘电阻值将发生变化，其中NTC、CTR的电阻值将下降，而PTC的电阻值则升高，这样可以比较容易区分开正常情况下和温度升高情况下电阻的变化状态。同理，当温度升高时，还可以检测两根探测导体11之间的电阻变化率R′。
当环境温度达到预警温度Ty时，此时电阻值R正好达到探测器的电阻报警阈值DT，或电阻变化率R′正好达到探测器的电阻变化率报警阈值DT′，信号处理单元2将输出预警信号。随后，当温度进一步升高并达到软化点温度T1时，两根探测导体11将依靠弹力F挤压感温绝缘层12，使感温绝缘层12逐步破坏，当温度继续升高到报警温度Tb时，两根探测导体11将相互接触在一起而发生短路，此时感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值R≈0，信号处理单元2将发出火警报警信号。如果在一定时间内，温度没有升到报警温度Tb，或温度回到预警温度Ty以下，预警信号解除。
当温度没有发生变化或者温度变化而没有达到预警温度Ty，这时信号处理单元2就不会输出预警信号，这种情况下如果感温电缆1上两根探测导体11出现短路，感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值R≈0，信号处理单元2将发出短路故障报警信号，由此可判断出此短路是由非正常外力引起的。
进一步，由于环境温度不可避免存在波动，实际上两根探测导体11之间的电阻值R一直是有变化的。如果预警温度Ty设定值过低，就有可能发生因环境温度波动而使信号处理单元2发出预警信号，然后因外力作用而使两根探测导体11出现短路，从而引起误报火警问题。为了消除这种现象，需要根据报警温度Tb、软化点温度T1来合理设置预警温度Ty，一般情况下有Ty＜T1＜Tb，并且Ty、T1应尽量接近Tb，这样就可以比较准确地确定出在预警温度Ty时两根探测导体11之间的电阻值R变化是由于火警温度升高而引起的，而不是因环境温度波动而引起的。此外，在实时检测两根探测导体11之间的电阻值R过程中，如果在某一时刻t或时间段Δt检测到电阻值R或电阻变化率R′已经达到与预警温度Ty相对应的电阻报警阈值DT或电阻变化率报警阈值DT′，信号处理单元2不立即发出报警信号，当在其后的一段时间内再次或多次检测到绝缘电阻值R均达到电阻报警阈值DT或电阻变化率报警阈值DT′时，信号处理单元2才输出报警信号，这样通过对环境温度波动和其他干扰的影响进行数字滤波，可以有效地消除误报警。
进一步，由于探测导体11本身存在内阻R线，此阻值大小和其长度成正比。所以不管是火警短路，还是故障短路，当两根探测导体11上某一处出现短路后，如果探测导体11中的至少一根采用高阻值的探测导体，可以测量出短路后两根探测导体11的内阻R线，此时R＝R线，从而可确定出短路点与探测导体11开始端之间的距离，有利于在现场迅速找到火警点或故障点。
此外，实际应用中，可利用调节两根探测导体11绞合节距的方法来调整弹力F的大小，并且结合感温绝缘层12的厚度和热敏高分子绝缘材料的软化点来调整两根探测导体11发生短路时的报警温度。
实施例二
如图3所示，本实施例提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器包括感温电缆1和分别连接在感温电缆1两端的信号处理单元2及终端盒3；其中感温电缆1主要由两根之间设有感温绝缘层12且绞合在一起的探测导体11组成，感温绝缘层12采用可熔感温绝缘材料制成，其软化点温度在40℃～180℃范围内，信号处理单元2中设有作为控制器的单片机；终端盒3内设有与感温电缆1相连的终端电阻R1。
所述的感温绝缘层12由负温度系数高分子绝缘材料、正温度系数高分子绝缘材料和电阻突变性负温度系数高分子绝缘材料中的一种制成。
两根探测导体11中至少一根为弹性探测导体。弹性探测导体选自弹性金属丝、记忆合金丝和弹性金属管中的至少一种，用于形成弹力F。
所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器还包括包覆在感温电缆1外部的护套13，护套13由PVC、PE、橡胶、化纤或编织金属丝构成。
现将本实施例提供的不可恢复缆式线型感温火灾探测器工作原理阐述如下：
实际工作中，信号处理单元中2实时检测两根探测导体11之间的电阻值R。在正常情况下，由于感温绝缘层12所采用的感温绝缘材料的电阻率较高，因此其绝缘电阻值R0很大，所以连接有终端盒3的感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值R无限接近终端电阻R1，有R≈R1。当温度升高时，感温绝缘层12的绝缘电阻值R0将发生变化，其中NTC、CTR的电阻值将下降，而PTC的电阻值则升高。由于并联关系，这时有R≈R0*R1/(R0+R1)。通过实验可以确定终端电阻R1的合理值，一般情况下可在1K到20M之间选取，这样可以比较容易区分开正常情况下和温度升高情况下电阻的变化状态。同理，当温度升高时，还可以检测两根探测导体11之间电阻变化率R′。
由于信号处理单元2检测的电阻值R和感温电缆1所处的环境温度有相互对应关系，通过检测电阻值R或电阻变化率R′，可以检测到绝缘电阻R0的变化或绝缘电阻变化率R0′，从而真实反映出感温电缆1所处环境温度的变化或变化速率。
当环境温度达到预警温度Ty时，此时电阻值R正好达到电阻报警阈值DT，或电阻变化率R′正好达到电阻变化率报警阈值DT′，信号处理单元2将输出预警信号。当温度进一步升高并达到软化点温度T1时，两根探测导体11将依靠弹力F挤压感温绝缘层12，使感温绝缘层12逐步破坏，当温度继续升高到报警温度Tb时，两根探测导体11将相互接触在一起而发生短路，此时感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值R≈0，信号处理单元2将发出火警报警信号。如果在一定时间内，温度没有升到报警温度Tb，或温度回到预警温度Ty以下，预警信号解除。
当温度没有发生变化或者温度变化而没有达到预警温度Ty，这时信号处理单元2就不会输出预警信号，如果感温电缆1上两根探测导体11出现短路，这种情况下感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值R≈0，信号处理单元2将发出短路故障报警信号，由此可判断出此短路是由非正常外力引起的；如果感温电缆1上探测导体11出现断路，此时感温电缆1上两根探测导体11之间的电阻值R＝∞，信号处理单元将发出断路故障报警信号。
Claims (10)
1.一种不可恢复缆式线型感温火灾探测器，包括感温电缆(1)和连接在感温电缆(1)一端的信号处理单元(2)；其中感温电缆(1)主要由两根之间设有感温绝缘层(12)且绞合在一起的探测导体(11)组成，其特征在于：所述的感温绝缘层(12)采用可熔感温绝缘材料制成，其软化点温度在40℃～180℃范围内。
2.根据权利要求1所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器，其特征在于：所述的感温绝缘层(12)由负温度系数高分子绝缘材料、正温度系数高分子绝缘材料和电阻突变性负温度系数高分子绝缘材料中的一种制成。
3.根据权利要求1所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器，其特征在于：所述的两根探测导体(11)至少一根为弹性探测导体。
4.根据权利要求3所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器，其特征在于：所述的弹性探测导体选自弹性金属丝、记忆合金丝和弹性金属管中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器，其特征在于：所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器还包括包覆在感温电缆(1)外部的护套(13)。
6.一种如权利要求1所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法，其特征在于：所述的报警方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)信号处理单元(2)实时检测感温电缆(1)上两根探测导体(11)之间的电阻值R，并判断电阻值R是否达到电阻报警阈值DT；
2)如果判断结果是电阻值R接近零，信号处理单元(2)发出短路故障报警信号；如果判断结果是电阻值R先达到电阻报警阈值DT，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元(2)发出火灾报警信号。
7.根据权利要求6所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法，其特征在于：在所述的步骤2)中，一旦判断结果是电阻值R达到报警阈值DT，然后，至少再重复一次从步骤1)到步骤2)的检测过程，如果判断结果仍然是电阻值R达到电阻报警阈值DT，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元(2)才发出火灾报警信号。
8.一种如权利要求1所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法，其特征在于：所述的报警方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)信号处理单元(2)实时检测感温电缆(1)上两根探测导体(11)之间感温绝缘层(12)的电阻值R或电阻值变化率R′，并判断电阻值变化率R′是否达到电阻变化率报警阈值DT′；
2)如果判断结果是电阻值R接近零，信号处理单元(2)发出短路故障报警信号；如果判断结果是电阻值变化率R′先达到电阻变化率报警阈值DT′，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元(2)发出火灾报警信号。
9.根据权利要求8所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法，其特征在于：在所述的步骤2)中，一旦判断结果是电阻值变化率R′达到电阻变化率报警阈值DT′，然后，至少再重复一次由步骤1)到步骤2)的检测过程，如果判断结果仍然是电阻值变化率R′达到电阻变化率报警阈值DT′，并在短时间内电阻值R接近零，信号处理单元(2)才发出火灾报警信号。
10.根据权利要求6或8所述的不可恢复缆式线型感温火灾探测器的报警方法，其特征在于：所述的报警方法还包括下列步骤：在步骤2)中检测出电阻值R接近零的短路情况后，进一步检测此时感温电缆(1)上两根探测导体(11)之间的电阻值R线，由此确定出短路点与探测导体(11)开始端之间的距离。
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