Przegląd czujek wielodetektorowych

Czujki wielodetektorowe na szerszą skalę zaczęły pojawiać się w ofercie producentów, gdy nastąpił znaczą­cy postęp technologiczny w produkcji podzespołów elektronicznych. Szczególnie pojawienie się stosunkowo tanich i energooszczędnych mikrokontrolerów umożliwiło rozwój tego rodzaju czujek. 

 Dlaczego konstruuje się czujki wielodetektorowe? Wydaje się, że są dwa główne powody:

1. Pojedyncza czujka może wykrywać więcej różnych typów pożarów.

2. Pożary mogą być wykrywane wcześniej, bez zwiększenia podatności czujek na zjawiska zakłócające (powodujące fałszywe alarmy).

Oczywiście czujka wielodetektorowa wykryje tylko takie pożary, gdy emitowane są czynniki, na które reaguje przynamniej jeden z jej detektorów. Dla przykładu, czujka optyczna dymu i ciepła w przypadku pożaru, podczas którego występuje dym, bez wyraźnego wzrostu temperatury, będzie zachowywać się jak czujka dymu. Niemniej jednak pojawienie się obu czynników jednocześnie spowoduje, że zadziałają oba zastosowane w czujce detektory co w konsekwencji przyspieszy alarm pożarowy.

Pierwszymi produkowanymi na szerszą skalę czujkami wielodetektorowymi były czujki dymu i ciepła. Czujki te posiadają optyczny detektor dymu i czujnik ciepła w postaci termistora.

Klasyczna czujka optyczna dymu dobrze wykrywa pożary emitujące jasny, widzialny dym. Są to pożary typu TF2, TF3 i TF4. Pożarów typu TF1 jak i TF6 klasyczna czujka optyczna nie wykrywa. Może mieć problemy z pożarem TF5. W tab. 1. zaprezentowano zestawienie pożarów testowych (z podziałem na rodzaj spalanego materiału) oraz dominujące czynniki towarzyszące (zgodnie z ISO/TS 7240-9).

Tab. 1. Porównanie pożarów testowych 

Można powiedzieć, że klasyczna optyczna czujka dymu do­brze wykrywa pożary tlewne, ma natomiast problemy z pożarami płomieniowymi. Producenci różnymi zabiegami (np. po­przez zwiększenie czułości) starali się poprawiać charakterystykę tych czujek. Jednak mogło to mieć wpływ na zwiększe­nie ich podatności na wywoływanie fałszywych alarmów. Przydatność optycznej czujki dymu do wykrywania pożarów testowych przedstawiono w tab. 2 (użyte w niej, a także w następ­nych tabelach symbole oznaczają, że dana czujka jest: A - bardzo przydatna, B - przydatna, C - jeszcze przydatna, N - nieprzydatna).

Podczas pożarów płomieniowych wydziela się dostateczna ilość ciepła, która powoduje mierzalny wzrost temperatury tanich detektorów (termistorów). Dlatego dodając do czujki dymu detektor ciepła, można poprawić charakterystykę czujki dymu dla pożarów płomieniowych.

 

Tab. 2. Przydatność optycznej czujki dymu do wykrywania pożarów testowych

Norma PN-EN 54-7 obejmuje czujki optyczne dymu o czułościach m.0,05 dB/m (im parametr m większy, tym mniejsza czułość). Nie obejmuje czujek czulszych. W praktyce nie produkuje się czujek o czułości nawet zbliżonej do 0,05 dB/m. Tak czułe czujki są niezwykle podatne na zakłócenia: dym papierosowy, parę wodną, kurz itp.

W normalnych warunkach czułość czujek optycznych dymu produkowanych przez Polon-Alfa zawiera się w prze­dziale od 0,2 do 0,3 dB/m. W przypadku wielodetektorowej czujki dymu i ciepła można dynamicznie zwiększyć czułość detektora dymu, jeżeli w tym samym czasie drugi z detektorów, detektor ciepła, wykrył narost temperatury. Zwiększenie czułości członu dymowego w takim przypadku nie zwiększa podatności czujki do wywoływania fałszywych alarmów. Zakładamy bowiem, że prawdopodobieństwo wystąpienia zjawisk zakłócających oba detektory w tym samym czasie jest znikome. Oczywiste jest, że w miejscach, gdzie takie zjawisko może nastąpić, nie należy stosować tego typu czujek. Przykładem może być kotłownia, w której otwarcie drzwiczek paleniska może spowodować zarówno nagły przyrost temperatury, jak i zadymienia.

Podobne rozumowanie można przeprowadzić także dla detektora ciepła. Czułość detektora ciepła zostaje podniesiona znacznie powyżej ograniczeń stawianych przez normę PN-EN 54-5, jeżeli w tym samym czasie detektor dymu wykryje wzrost jego koncentracji.

Nie wdając się w rozważania matematyczne i skomplikowane algorytmy działania, które są implementowane w mikrokontrolerach czujek, z punktu widzenia użytkownika optyczna czujka dymu i ciepła przy wykryciu narostu temperatury zachowuje się tak jak czujka dymu ze znacznie podniesioną czułością.

Należy podkreślić, że dla pożarów, podczas których nie są emitowane jednocześnie dym i ciepło, wielodetektorowe czujki dymu i ciepła zachowują się tak jak pojedyncze czujki. W czasie pożarów tlewnych (TF2, TF3) brak jest mierzalnej przez termistor emisji ciepła, czyli dla tych pożarów czujka dymu i ciepła będzie zachowywać się jak optyczna czujka dymu. Podczas pożaru TF6 nie wydziela się dym, dlatego w przypadku takiego pożaru wielodetektorowa czujka dymu i ciepła będzie zwykłą czujką ciepła.

Pamiętać należy także o ogranicze­niach w stosowaniu czujek wielodetektorowych. Jeżeli detektory zastosowane w czujce mają różne dozwolone wysoko­ści instalowania, to dopuszczalna wysokość zainstalowania czujki wielodetektorowej jest wartością najmniejszą. Przykładowo, powyżej 8 m czujka dymu i ciepła staje się zwykłą czujką dymu. Podobne zasady obowiązują przy wyznaczaniu wielkości obszaru nadzorowanego.

Firma Polon-Alfa produkuje następujące wielodetektorowe czujki dymu i ciepła:

1. DOT-4046 - czujka adresowalna do central systemu POLON 4000

2. DOT-40 - czujka konwencjonalna do central systemu IGNIS 1000

 

    Tab. 3. Porównanie przydatności czujek optycznej czujki dymu DOR-40 oraz wielodetektorowej czujki dymu i ciepła DOT-4046 do wykrywania pożarów testowych

W tab. 3. przedstawiono porównanie przydatności optycznej czujki dymu DOR-40 oraz wielodetektorowej czujki dymu i ciepła DOT-4046 do wykrywania pożarów testowych.

Podczas testowych pożarów płomieniowych, oprócz wydzielania się dymu (oczywiście z wyjątkiem pożaru TF6) i ciepła, emitowane jest także promieniowanie podczerwone. W związku z tym zamiast detektora ciepła można użyć detektora podczerwieni jako drugiego, obok detektora dymu, detektora w czujce, który będzie spełniał podobną rolę jak termistor. Fir­ma Polon-Alfa jako pierwsza w świecie wprowadziła do sprzedaży w 2004 roku wielodetektorową czujkę dymu i płomienia DPR-4046. Promieniowanie podczerwone rozchodzi się szybciej od narastania temperatury, zatem czujka DPR-4046 dla pożarów płomieniowych wykazuje większą przydatność niż czujka typu DOT. Porównanie przydatności w pożarach testowych czujek DOT-4046 i DPR-4046 przedstawia tab. 4.

Z tabeli wynika przewaga czujki DPR-4046 dla pożarów TF1, TF4, TF8. Czujka optyczna dymu i płomienia ma dla tych pożarów przydatność taką jak czujka jonizacyjna dymu.

Czujka jest nieprzydatna dla pożaru TF6. Założeniem konstrukcyjnym czujki DPR-4046 było, by jej cena nie odbiegała znacząco od ceny czujki DOT-4046. Aby to osiągnąć, należało zastosować w niej detektor promieniowania podczerwonego, którego cena niewiele różniłaby się od ceny termistora. Taka stosunkowo tania konstrukcja detektora ma tę wadę, że w pewnych sytuacjach można zakłócić jego pracę. Zastosowanie bardziej złożonego detektora płomienia podniosłoby cenę czujki kilkunastokrotnie. Dlatego czujka powinna pracować w trybie wielodetektorowym a detektor płomienia nie może samodzielnie wprowadzać jej w stan alarmu pożarowego. Pracując w tym trybie, czujka ma bardzo wysoką czułość na pożary dymowo-płomieniowe. Na uwagę zasługuje fakt, że detektor płomienia spełnia całkowicie normę PN-EN 54-10 (czujki płomienia), co jest potwierdzone wielokrotnymi badaniami w naszym laboratorium jak i Laboratorium BA w CNBOP.

Nowością w ofercie firmy POLON-ALFA jest czujka TOP-40. Jest to dwustanowa, wielodetektorowa czujka ciepła i płomienia. Szczególnie polecana jest do stosowania w miejscach gdzie ze względu na panujące warunki nie można stosować czujek dymu, tzn. w pomieszczeniach, w których stale lub okresowo panuje zadymienie, zapylenie itp. Do tej pory w miejscach takich stosowano najczęściej zwykłe czujki ciepła. Dodanie do czujki ciepła detektora podczerwieni i opra­cowanie specjalnych algorytmów pracy znacznie zwiększyło jej czułość na pożary płomieniowe, czujka zachowała dużą odporność na zakłócenia. Dla pożarów płomieniowych można ją nawet klasyfikować tak jak czujki dymu. Wyniki pomiarów w komorze pożarów testowych przedstawia tab. 5.

 

    Tab. 5. Przydatność czujki TOP-40 do wykrywania pożarów testowych

Zastosowany w czujce TOP-40 detektor ciepła jest klasy A1R wg PN-EN 54-5, a detektor płomienia jest klasy 2 (17 m) wg PN-EN 54-10. Zastosowane sposoby detekcji pożaru są adekwatne do warunków, w których przewidziana jest praca czujki. Zarówno ciepło, jak i promieniowanie podczerwone emitowane przez pożary płomieniowe nie są maskowane przez zadymienie lub zapylenie. Ponadto stopień ochrony obudowy czujki IP 44 został również dobrany pod kątem pracy w trudnym środowisku.

Podobnie jak w czujce DPR-4046 człon płomieniowy pod­czas pracy wielodetektorowej nie może samodzielnie wprowadzić czujki TOP-40 w stan alarmu pożarowego, jednak spełnia całkowicie normę PN-EN 54-10 (czujki płomienia).

Ciekawym rozwiązaniem jest sposób okresowego sprawdzenia poprawności działania czujki. Oprócz tradycyjnego, polegającego na przestawieniu czujki w tryb niezależnej pracy dwóch sensorów, przez wyjęcie specjalnej zworki serwisowej (wymaga wyjęcia czujki z gniazda i ponownego włożenia) i spowodowania zadziałania każdego z detektorów osobno za pomocą imitatora ciepła i imitatora płomienia, istnieje sposób testowania bez wyjmowania czujki z gniazda. Jeżeli czujka jest zainstalowana w trudno dostępnym miejscu, należy wyłączyć zasilanie linii dozorowej, do której podłączona jest czujka TOP-40, odczekać pięć minut i ponownie włączyć zasilanie. Przez pierwsze dwie minuty od włączenia zasilania czujka jest w trybie niezależnego działania dwóch sensorów i można sprawdzić każdy sensor indywidualnie.

Czujka TOP-40 jako dwustanowa przewidziana jest do bez­pośredniej współpracy z konwencjonalnymi centralami systemu IGNIS 1000. Do central systemu POLON 4000 można ją podłączyć przez adapter linii bocznej ADC-4001M.

Lech Światły

Polon-Alfa

Zabezpieczenia 4/2007