Как подключить датчик пламени к Ардуино

Извещатель пламени применяется в современных моделях пожарной сигнализации, наряду с тепловыми, оптическими, дымовыми и газовыми датчиками. Извещатель пожарный пламени разработан для выявления очага возгорания на начальной стадии. Чуткий прибор срабатывает раньше традиционного теплового датчика, пока температура в контролируемой зоне не достигла критического значения. Датчики пламени эксплуатируются в помещениях и на больших открытых площадках.

Виды датчиков пламени

Датчики пламени отличаются чувствительностью на электромагнитное излучение открытого огня. Любое излучение в природе можно классифицировать как один из видов излучения:

• ультрафиолетовое (диапазон длины волны 0,1 — 0,4 мкм).
• видимое (диапазон — от 0,4 до 0,75 мкм).
• инфракрасное (диапазон — от 0,75 до 1000 мкм),

Реакция датчиков прибора зависит от спектра электромагнитного излучения пламени, возникающего при возгорании различных материалов, и диапазона спектральной чувствительности пожарного извещателя. Все параметры и характеристики представлены в техдокументации на продукцию.

Первые модели детектора пламени появились в конце XX века. С тех пор изделия постоянно модернизируются, становятся более функциональными и надежными, благодаря новейшей электронике. Улучшается степень защиты высокотехнологичного оборудования.

Детекторы пламени классифицируются по зависимости чувствительности от расположения очага горения на котором устойчиво срабатывают датчики прибора: 1 класс — 25м; 2 — 17м; 3 — 12м; 4 — 8м.

Конкретному очагу горения присуща определенная спектральная характеристика со своими особенностями. Датчики пламени безошибочно находят очаги горение жидкостей, древесины, бумаги и полимеров. При определении тлеющих очагов могут возникнуть проблемы, поэтому детекторы пламени комбинируются с датчиками другого типа.

Классификация очагов тестовых пожаров (ГОСТ Р 50898):

1. открытое горение древесины — ТП-1;
2. пиролизное тление (сухая перегонка) древесины — ТП-2;
3. тление хлопка со свечением— ТП-3;
4. горение полимеров — ТП-4;
5. горение с дымом легковоспламеняющейся жидкости — ТП 5;
6. горение без дыма легковоспламеняющейся жидкости — ТП 6.

Детекторы пламени разрабатывают и испытывают на нахождение реальных очагов пламени, стандартных и нестандартных. Технические характеристики, декларируемые производителем прибора, проверяются по ТП-5 и ТП-6, что позволяет дать верную оценку работы датчиков на реальных объектах.

Принцип работы инфракрасного датчика пламени

Физические тела при нагревании начинают излучать инфракрасную энергию. Длина волны электромагнитного излучения находится в зависимости с температурой нагрева. С ростом температуры возрастает и интенсивность излучения, а длина волны становится короче. ИК-излучение составляет 80% спектра электромагнитных волн.

Высокочувствительный фотоэлемент пожарного ИК-извещателя превращает электромагнитное инфракрасное излучение в электрический сигнал. Обнаружив признаки возгорания, оптический датчик пламени фиксирует первые огневые всплески и подает сигнал тревоги. При снятии напряжения на 2 секунды прибор возвращается в первоначальное состояние.

Инфракрасный извещатель позволяет быстро обнаружить очаг возгорания при катастрофах и авариях, в том числе, на нефтяных производствах, в цехах, где используются транспортеры и сложные автоматизированные агрегаты, в ремонтных мастерских, на складах, в гаражах. Поскольку инфракрасный спектр электромагнитного излучения пылью практически не поглощается, ИК-извещатели, в отличие от УФ-приборов, способны функционировать в сильно запыленных помещениях.

Классификация ИК-извещателей пламени по принципу действия:

1. Приборы, чувствительные к мерцанию огня (пульсация пламени).
2. Извещатели, датчики которых фиксируют постоянную составляющую пламени.
3. Приборы, фиксирующие излучение в трех диапазонах инфракрасного спектра.

Преимущество извещателей, чувствительных к пульсации пламени — простота конструкции и невысокая цена. Недостатки — нечеткая фиксация очага возгорания от вспышки, поскольку область вспышки может превышать зону чувствительности прибора.

Пожарные извещали, работающие в одном диапазоне инфракрасного спектра, прекрасно функционируют в зонах, где нет яркого солнечного света, мерцающих световых источников и прочих оптических помех. Роль привода для автоматической противопожарной системы могут играть извещатели с чувствительностью к постоянной составляющей пламени. Эти приборы отличаются невосприимчивостью к солнцу и другим световым источникам, не относящимся к горению.

На объектах нефтегазовой отрасли устанавливают многоспектральные датчики наивысшей степени защиты, которые чувствительны к инфракрасному и ультрафиолетовому спектрам. Детектор переходит в режим оповещения о пожаре только при получении сигналов по двум диапазонам.

Для качественной работы в сложных условиях разработаны помехоустойчивые многодиапазонные датчики с опцией самоконтроля. При малейшем сбое извещатель моментально передает информацию о собственной неисправности, параллельно включается световая индикация. Приборы для наружного монтажа имеют высокую степень защиты оболочки, способны работать в широком температурном диапазоне и при аномальной погоде.

ИК-извещатели нового поколения способны срабатывать в рекордно короткое время после возникновения очага возгорания, до 0,1 секунды. Ультрасовременное оборудование используется для создания автоматических быстродействующих систем пожаротушения на пороховых/химических производствах и складах.

Специфика установки

Инфракрасный извещатель монтируется на стене, перекрытии, устанавливается на производственном оборудовании. Количество пожарных детекторов и схема расположения приборов должна быть определена таким образом, чтобы исключить возможность появления оптических помех, учитывая назначение противопожарной системы и условия конкретного объекта. Нельзя монтировать ИК- извещатели на вибрирующих конструкциях.

Чтобы исключить ложные срабатывания датчиков ИК-извещателя в результате оптических помех, зону защиты должны контролировать, минимум, 2 извещателя пламени. Датчики устанавливают контроль за зоной с разных направлений. В случае выхода из строя одного из приборов, второй продолжает функционировать.

Чтобы запустить автоматическую установку пожаротушения, где сигнал управления создается, минимум, от двух извещателей, охраняемая зона должна быть под контролем трех приборов. При поломке одного извещателя, система продолжит работу. Площадь, контролируемая извещателем, определяется по значению угла обзора и чувствительности датчиков прибора к пламени по ГОСТ Р 53325-2012. Приборы должны быть доступны для проведения ремонта и профилактических работ.

Каждый производитель разрабатывает свой, уникальный алгоритм нахождения очага возгорания. Что дает возможность приобрести качественные аппараты с нужной спектральной чувствительностью и типом обнаружения источника открытого огня или тлеющего очага.

Осуществляя контроль одной зоны, можно комбинировать извещатели различного типа, что значительно повышает эффективной противопожарной защитной системы. На производствах/складах щелочных металлов и металлических порошков используются только пожарные датчики пламени.

Противопожарные системы в обязательном порядке должны функционировать на всех производствах и в помещениях с большим скоплением людей. Рекомендуется их установка в частных домах и квартирах.

Противопожарное оборудование постоянно модернизируется, используется новейшая электроника. Повышается достоверность выявления очага возгорания. Извещатель пламени становится устойчивее к помехам, не связанным с пожаром. На российском рынке представлен широкий ассортимент датчиков пламени от ведущих мировых и российских производителей.

Другие полезные статьи:

Кроме того, анализ центральным устройством управления совокупных параметров – задымление, резкое возрастание температуры и т.п., значительно снижает вероятность ложных срабатываний. Одними из наиболее эффективных детекторов системы беспроводной пожарной сигнализации являются датчики обнаружения пламени.

Принцип действия

Принцип действия этого прибора основан на обнаружении электромагнитного излучения, которое генерирует очаг открытого или тлеющего пламени.

В современных детекторах пламени широко используются несколько способов обнаружения очага возгорания:

• Реакция пульсирующего инфракрасного излучения характерная для процесса тления;
• Реакция на постоянное (возрастающее) электромагнитное излучение характерное для возникновения огня в зоне возгорания;
• Активное сканирование широкого диапазона ИК излучения.

Устройства реагирующие на эффект мерцания должны иметь чувствительный сенсор который в состоянии идентифицировать пламя по низкочастотным колебаниям в диапазоне 2-20 Гц. Как правило, это пироприемник, фотодиод или фоторезистор. Использование устройств на базе пироприемников предпочтительней, так как они имеют более широкий диапазон обнаружения электромагнитных частот.

Видео — Тест огнем датчиков пламени 20/20 ML

<center></center>

Область применения датчиков пламени

Датчики пламени в состоянии обнаружить очаг возгорания на ранних стадиях, когда температура или уровень задымления помещения не приближаются к критическим значениям вызывающим срабатывание детекторов тепла или дыма. Поэтому они применяются для контроля объектов, где необходима высокая скорость и надежность обнаружения. Это помещения со значительным теплообменом или открытие площадки, где нельзя использовать дымовые или тепловые извещатели. Так же, широко используются на транспорте для контроля перегретых поверхностей моторных отделений.

Технические характеристики пожарных датчиков

При выборе датчика пламени следует обратить внимание на следующие характеристики:

• Дальность обнаружения очага возгорания;
• Время срабатывания;
• Период восстановления;
• Угол сектора сканирования;
• Рабочее напряжение;
• Потребление тока в дежурном и тревожном режимах;
• Устойчивость сенсора к лучам прямого солнечного света;
• Габаритные размеры, материал и параметры исполнения корпуса в IP;
• Диапазон рабочих температур;
• Ток активной загрузки;
• Напряжение, получаемое с релейного выхода.

Одной из основных характеристик, влияющей на настройку работы извещателя пламени, является способ формирования диаграммы направленности.  Фактически при использовании прибора в конкретной ситуации не всегда требуется максимально широкий угол сканирования. Нередко необходим контроль небольшой площади с одновременной блокировкой наводящих сигналов с других, близкорасположенных участков. Для реализации таких эксплуатационных особенностей используются сменные линзы Френеля, которые формируют необходимую диаграмму направленности с одновременным увеличением дальности зоны обнаружения прибора.

К примеру: для устройства Пульсар 1-010 при угле сканирования 60° дальность обнаружения составляет 17 м. при замене линзы Френеля и формировании 12° сектора сканирования дальность обнаружения возрастет до 60 м.

Требования к применению извещателей

Пожарные извещатели пламени целесообразно применять для контроля территории или помещения где при возгорании открытый огонь образовывается на начальной стадии пожара. При этом настройка спектральной чувствительности прибора должна учитывать спектр излучения горючего материала размещенного в зоне ответственности.

Количество устройств определяется площадью контролируемой зоны, огнестойкостью помещения и огнеопасностью веществ которые в нем находятся. При этом необходимо, чтобы каждый сектор защищаемого пространства (поверхности) был перекрыт сканирующими полями как минимум двух пожарных извещателей. Желательно, чтобы они имели разнотипный способ обнаружения очага возгорания.

Для адаптации детектора пламени к разнообразным условиям эксплуатации устройство содержит различные элементы регулировки. Потенциометр используется для изменения уровня чувствительности прибора. Этот параметр характеризуется количеством превышений порогового значения за определенный период времени. Для помещений, в которых находятся взрывоопасные материалы, это значение принимается минимальным, для зон, где возможно тление устанавливается максимальный период. Для жилых и производственных помещений обычно значение порога чувствительности принимается 2-4 сек. У большинства устройств диапазон периода срабатывания составляет 1-8 сек при этом  количество превышений может составлять 3-16 раз.

Существуют и дополнительные требования, которым должен отвечать извещатель пламени в реальных условиях эксплуатации. К примеру, устройство для наружного использования должно иметь показатели уровня защиты оболочки не менее IP65, работать при широком диапазоне температур и высоком уровне влажности, а так же не реагировать на туман, снег пыль  и т.п.

Современные приборы имеют сложный алгоритм анализа электромагнитного излучения, который снижает уровень ложных срабатываний при влиянии на чувствительные сенсоры солнечного света излучения проблесковых маячков и т.п. Многие устройства имеют дополнительные чувствительные элементы, которые должны продублировать  получаемую информацию и только после наложения двух критических значений извещатель пошлет сигнал тревоги. Как правило, это одновременное сканирование в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах.

Размещать извещатели пламени необходимо вне зоны попадания прямых солнечных лучей для предотвращения ложного срабатывания. Как правило, это место под перекрытием здания, на колоннах фермах или других несущих конструкциях сооружений.

Пожарные извещатели реагирующие на пламя являются эффективным средством обнаружения очага возгорания на ранних стадиях. Однако, их повсеместному распространению мешает высокая цена прибора и сложность его настройки необходимой для каждого конкретного случая использования.

Здравствуйте, дорогие читатели.

Сегодня хочу поделиться с Вами информацией об умных противопожарных извещателях, которые называются детекторы пламени.

Детекторы пламени

Наш извещатель очень чуткий.

Он используется в системе ПС также, как и другие виды детекторов.

Опережает по скорости сработки тепловой извещатель.

Срабатывает, пока для последнего температура воздуха еще не добралась до пороговой отметки.

Может устанавливаться в помещении или на открытых площадях.

В соответствии с ГОСТ Р 53325-2009, датчик пламени это аппарат обнаружения возгорания, реагирующий на электромагнитное поле.

Само электромагнитное излучение классифицируется следующим образом по длине волны:

• видимое (0,4-0,75 мкм);
• ИК (0,75-1000 мкм);
• УФ (0,1 — 0,4 мкм).

Зависимо от спектрального диапазона, детектор пламени реагирует на нужное значение и определяет пожар.

УФ-датчики распознают открытый огонь, ИК-извещатели реагируют в основном на горение углеродных материалов, органики, пластика.

Кстати, у очагов возгорания тоже есть своя классификация. По вышеназванному ГОСТу очаги пожаров также классифицируют с маркировкой от ТП-1 до ТП-6.

Как они работают

Как мы поняли, длина волны, образующейся при горении веществ, является главным признаком возникновения пожара для такого датчика.

У разных веществ она различная.

На основании этого показателя детекторы работают по заданному алгоритму.

1. При воспламенении оптический элемент датчика улавливает диапазон излучения у загоревшегося вещества.
2. Фотоэлемент преобразовывает э/м излучение в электроэнергию.
3. Затем эта энергия в виде импульса поступает от датчика на приемно-контрольное устройство системы ПС.

В соответствии с РД 25.953-90, а также более свежим руководящим документом Р 78.36.039-2014,

автоматический детектор пламени имеет одну общепринятую маркировку на листах проектирования АПС, планах и рабочих схемах.

Какие они бывают

Самое главное в нашем обзоре.

Любой производитель старается создать сенсор с индивидуальным алгоритмом работы.

В нормативной документации не оговаривается один четкий алгоритм, по которому детектор должен определять открытое пламя.

Сами принципы обнаружения огня – это спектральная селекция, частотный и спектральный анализы.

У любого такого детектора есть чувствительный элемент.

Он как раз и воспринимает длину электромагнитной волны для фиксации пожара.

Современные датчики имеют различные фильтры, определяющие, например, солнечный свет для исключения ложных сработок от излучения солнца.

По области спектра все детекторы условно делятся на:

1. инфракрасные;
2. многоспектральные;
3. многодиапазонные;
4. ультрафиолетовые.

Ультрафиолетовые и ИК-датчики реагируют на диапазон электромагнитной волны. У этих двух излучений диапазон разный.

Поэтому оба типа датчиков имеют разные элементы и настройку для обнаружения пожара.

Спектр и диапазон, скорее, условные критерии разделения детекторов пламени.

Ультрафиолетовые

Предпочитаемый диапазон этих детекторов 185-280 нм.

УФ-лучи, приходящие на Землю от Солнца, имеют длину волны не меньше 286 нм.

Таким образом, УФ-детекторы не реагируют на солнечный свет, который может стать для него оптической помехой.

Кроме того, все нагретые тела (печи, лампы накаливания) излучают ИК и видимую часть спектра.

Поэтому ультрафиолетовые извещатели не воспринимают просто нагретые тела и оборудование.

Скорость реакции – от 0,5 с, дальность фиксации – до 80 м. Эти детекторы очень чувствительны к пыли. Необходимо следить за состоянием оптического элемента.

Рентгеновские лучи, разряд молнии, гамма-излучение, электродуговая сварка могут вызвать ложное срабатывание.

При выборе УФ-датчика обязательно уточняйте у производителя информацию об устойчивости к разного рода помехам.

Инфракрасные

Инфракрасная часть – самая большая часть излучения.

Все нагретые предметы излучают инфракрасный свет.

Длина волны зависит от температуры: чем сильнее нагрев, тем короче волна.

ИК-сенсор быстро определяет очаг огня. Он незаменим на нефтегазовых предприятиях, при авариях и стихийных бедствиях.

У такого датчика есть преимущество перед УФ-детектором.

ИК спектр не поглощается пылью. А ультрафиолетовые приборы не могут работать в сильно-запыленном помещении.

Но сильное ИК-излучение идет от солнца. Поэтому здесь возможны ложные сработки.

Старайтесь использовать ИК-устройства там, где нет сильных помех – склады, архивы и т.п.

Цена этих изделий очень доступная.

Но, к примеру, маячки погрузчиков, мерцание мигалок спецтехники могут вызывать ложную тревогу ИК-датчика.

Эту проблему можно обойти установкой дополнительного микропроцессора с другим алгоритмом обработки сигнала.

Многодиапазонные

Это, так сказать, более хитрый пожарный детектор.

Он сочетает в себе несколько ИК-каналов различных диапазонов. Это позволяет избежать помех. Получая и анализируя информацию из нескольких источников,

датчик принимает верное решение о типе излучения – пожар это или нет.

Он также умеет контролировать сам себя и отправлять на пульт сигнал о неполадке.

Извещатели наружного исполнения работают при экстремально высоких и низких температурах,

при большом количестве атмосферных осадков.

Многоспектральные

А эти приборы шагнули несколько в другую сторону.

Они объединили в себе оба спектра – ИК и УФ.

Работают по принципу спектральной селекции.

Используется несколько фотоприемников, реагирующих на лучи в различных участках спектра.

Они хорошо защищены от внешних повреждений. Такие детекторы применяются на крупных, стратегически важных объектах, в нефтегазовой сфере.

Они также имеют взрывоустойчивый корпус.

Новейшие инфракрасные детекторы пламени могут определять возгорание менее чем за 0,1 сек. после его появления.

Такие извещатели используются сегодня в роботизированных комплексах пожаротушения

на химических предприятиях, складских помещениях и взрывоопасных объектах.

Дымовые датчики

У этих извещателей очень низкая вероятность ложных сработок и высокий процент фиксации возгораний.

Они определяют наличие и количество примеси дыма в воздухе.

Они также делятся по способу определения задымленности.

Точечный

Эти датчики содержат светодиод, который посылает луч, и фотоэлемент для приема отражаемого сигнала.

Частота излучения выстраивается таким образом, чтобы луч мог отражаться от дымовых частиц разной плотности.

Фотоэлектрический

Эти извещатели могут быть одно- и двухкомпонентными, по типу работы с сигналом.

При спаде интенсивности ИК-излучения, т.е. при задымленности, подается сигнал тревоги.

Однокомпонентный вариант включает фотоприемник и передатчик сигнала,

двухкомпонентный содержит моноблок с приемником, источником, а также отражатель.

Ионизационный

Работает по принципу ионизации, содержит в себе две контактные пластинки под напряжением в отдельной камере.

Когда через камеру с этими пластинками проникает А-излучение, то в ней образуется ионизированный ток.

При попадании дыма в камеру, он химически взаимодействует с ионами, и вместе они уменьшают силу тока.

Ко множеству плюсов добавим и один минус: поскольку такой датчик радиоактивен, его применение ограничено.

Используйте ионизационные детекторы только на объекте с ограниченным количеством персонала.

Обращаем внимание. Сейчас в продаже трудно найти детекторы, реагирующие только на один признак пожара. Большинство моделей имеют два сенсора – дымовой и тепловой.

А некоторые извещатели оснащены сразу четырьмя чувствительными элементами.

Еще, уважаемый читатель, выделим отдельно адресный извещатель пламени.

Он позволяет точно определить место возгорания.

Стоит он дороже традиционных моделей, но это оправдано.

Вы можете установить меньше таких датчиков, а вероятность определения огня все равно будет выше.

Вся территория будет надежно защищена от пожара меньшим количеством устройств.

Правила монтажа

Места установки регламентированы СНиП 2.04.09-84. Как правило, их всегда монтируют на потолке.

При невозможности закрепляем извещатель на стене. Дистанция от угла комнаты должно составлять:

• на потолке – 100 мм;
• на стене – 300 мм.

Если на потолке есть выступ, то отступаем от него минимум на две высоты.

Когда высота выступа составляет 10 % от высоты комнаты,

то рассчитываем расположение детекторов все равно, что для двух разных помещений.

От извещателя оставляйте пространство радиусом от 500 мм и более по всему объему помещения.

Популярные модели

Приведем, дорогой читатель, список самых популярных отечественных производителей детекторов пламени.

Болид

Датчик с нескольким входными окнами для настройки разных зон определения огня.

Одна настройка образует луч с расстоянием до 60 м при угле обзора 12 º, а другая дает угол до 60 º с дальностью определения огня 17 м.

Самый часто приобретаемый извещатель.

Имеет цилиндрическую форму, смонтирован на металлической подставке. Крепится на стене.

Набат

Производство АО «НИИ ГИРИКОНД», в г. Санкт-Петербург.

Изготавливает многодиапазонные ИПП, адресные датчики, имеющие обычное или взрывозащищенное исполнение.

Также производит тестовые приборы для проверки работы оборудования.

Модели ИП «Набат» можно закрепить на стене либо под потолком.

Тюльпан

Производитель НПФ «Полисервис», выпускает больше десятка единиц детекторов.

К примеру, модель «Тюльпан 1-1» обнаруживает излучение при возгорании углеводородных материалов.

Есть сенсоры с двумя, тремя ИК-каналами и многодиапазонный детектор «Тюльпан 2-16», включающий ИК- и УФ-детектор.

Крепление настенное или потолочное.

Что запомнить

Подводя итоги, уважаемые читатели, напомним еще раз ключевые пункты нашего обзора детекторов пламени.

1. Основные типы детекторов – ИК и ультрафиолтетовый.
2. При выборе, проектировании и монтаже датчиков пользуйтесь этими нормативными документами: ГОСТ Р 53325-2009, СНиП 2.04.09-84, Р 78.36.039-2014.
3. Рекомендуем использовать извещатели, сочетающие в себе тепловой и дымовой чувствительные элементы.
4. Не используйте ионизационный дымовой детектор в зданиях с большим количеством персонала.

Сегодня датчики пламени – это самые надежные извещатели ПС.

Они стоят дороже ввиду наличия дополнительных элементов электроники и оптики.

Но их цена оправдана, т.к. велика вероятность точного и раннего определения пожара.

До встречи в следующей статье!

Используемые источники:

• https://protivpozhara.com/signal/struktura/izveshhateli-plameni
• https://umniedoma.ru/datchik-izveshhatel-plameni-pozharnoj-signalizacii-chto-eto-takoe/
• https://fireflyer.ru/pozharnaya-signalizatsiya/detektory-plameni-pozharnye-izveshhateli.html