第十九章 火灾监控系统的自动控制 §19-1 典型的火灾过程 §19-2 火灾自动报警系统的基本类别及基本功能

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1 第十九章 火灾监控系统的自动控制 §19-1 典型的火灾过程 §19-2 火灾自动报警系统的基本类别及基本功能
§19-3 火灾探测方法及探测器 §19-4 火灾探测器的故障分析 §19-5 几种典型火灾报警系统 §19-6 干货舱自动探火及报警系统 注：大纲（甲类）对本章要求内容掌握程度：大管轮——理解；三管轮——知识

2 §19-1 典型的火灾过程 一、典型火灾过程的特点 起火过程图19-1-1 火灾初起和阴燃阶段占时较长，产生燃烧气体、大量烟雾和少量的热
经足够蓄热后，在物质着火点加速并发展成火焰燃烧，形成火势蔓延 处于全燃阶段的物质燃烧使火焰的热辐射含有大量的红外线和紫外线

3 二、物质燃烧过程中的火灾信息 燃烧气体与烟雾 燃烧气体和烟雾具有流动性 和毒害性，通常称为烟雾气溶胶，是重要火灾探 测参数，其粒径一般在0.01～10m 热(温度) 物质燃烧基本特征之一，在燃烧速 度非常缓慢的情况下，不易被鉴别出来 火焰光 物质燃烧产生的灼热发光的气体部分， 重要火灾探测参数，闪烁频率3~30Hz

4 §19-2 火灾自动报警系统的基本类别及基本功能
一、用于舱室（含机舱内）的火灾自动报警系统 较完整的舱室火灾自动报警系统主要由探测器（含手动报警按钮）、报警控制器、区域报警屏、联动控制器、通讯广播设备等五大部分组成。 图19-2-1为舱室火灾自动报警系统示意图 图19-2-2为火警探测器外形图

5 二、用于干货舱的火灾自动报警系统（大仓烟雾报警装置）
大仓烟雾报警装置主要目的用于检测干货舱内是否发生火灾，如有失火征兆及早发现，以便采取灭火措施，也有的船舶可以自动释放CO2。 图 大舱烟雾抽烟式报警装置系统示意图 三、易燃气体探测系统 主要装于滚装船、渡船 、消防船及油船上。 图 易燃气体探测系统示意图

6 §19-3 火灾探测方法及探测器 一、火灾探测方法 图19-3-1
§19-3 火灾探测方法及探测器 一、火灾探测方法 图19-3-1 以物质燃烧过程中产生的各种火灾现象为依据，以物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换为基础，可形成不同的火灾探测方法： 空气离化法 光电感烟探测法 温度（热）探测法 火焰光探测法 可燃气体探测法 复合探测法

7 一、火灾探测方法 1、空气离化探测法 利用放射性同位素释放的射线将空气电离产生正、负离子，使得带电腔室(称为电离室)内空气具有一定的导电性，在电场作用下形成离子电流 当烟雾气溶胶进入电离室内，烟雾粒子利用其吸附特性吸附其中的带电离子，产生离子电流变化 这种离子电流变化与烟浓度有直接线性关系，并可用电子线路加以检测，从而获得与烟浓度有直接关系的电信号，用于火灾确认和报警

8 §19-3 火灾探测方法及探测器 一、火灾探测方法 2、光电探测法 根据烟雾颗粒对光线的作用原理，光电感烟探测法分为：
§19-3 火灾探测方法及探测器 一、火灾探测方法 2、光电探测法 根据烟雾颗粒对光线的作用原理，光电感烟探测法分为： 减光式：减光式光电感烟探测是根据烟雾颗粒对光线（一般采用红外光）的阻挡作用所形成的光通量的减少量来实现对烟雾浓度的有效探测。如砷化镓红外发光管。 散射光式：散射光式感烟探测是根据光散射定律，在点状结构的火灾探测器通气暗箱内用发光元件产生一定波长的探测光，当烟雾气溶胶进入检测暗箱时，其中粒径大于探测光波长的着色烟雾颗粒产生散射光，通过与发光元件成一定夹角的光电接收元件收到的散射光强度，可以得到与烟浓度成比例的信号电流或电压，用于判定火灾。

9 一、火灾探测方法 3、温度(热)探测法 根据物质燃烧释放出的热量所引起的环境温度升高或其变化率大小 通过热敏元件与电子线路来探测火灾

10 一、火灾探测方法 4、火焰光探测法 根据物质燃烧所产生的火焰光辐射的大小，其中主要是红外辐射和紫外辐射的大小。 通过光敏元件与电子线路来探测火灾现象。 这类探测方法一般采用被动式光辐射探测原理，通常还要考虑可燃物燃烧时火焰光的闪烁频率3～30Hz。

11 一、火灾探测方法 5、可燃气体探测法 对物质燃烧初期产生的烟气体或易燃易爆场所泄漏的可燃气体,可利用热催化元件、气敏半导体元件或三端电化学元件的特性变化来探测易燃可燃气体浓度或成分，预防火灾和爆炸危险。

12 一、火灾探测方法 6、复合探测 根据普通可燃物火灾模型，在同一时间段同时对火灾过程中的烟雾、温度等多个参数进行探测和综合数据处理。 兼顾火灾探测可靠性和及时性为目的，分析判断火灾现象，确认火灾。

13 火灾探测过程 火灾探测器的敏感元件与物质燃烧过程中产生的火灾特征参数作用，发生物理量或化学量的转换，经过电子或机械方式处理，将结果判断后用开关量报警信号传输给火灾报警控制器，或者不经过判断直接将数据处理获得的模拟量信号传输给火灾报警控制器。求工作过程如下图：

14 §19-3 火灾探测方法及探测器 火灾探测过程图

15 二、火灾探测器 探测器工作原理 探测器一般由火灾参数传感器（测量元件）、探测信号处理单元和火灾判断电路组成。

16 二、火灾探测器 火灾报警探测器的分类方法多种： 按结构形式：点型、线性 按特征参数：感烟、感温、火焰、可燃气体和复合探测器
按探测方法：离子、光电、化学等 按结构原理：管式、金属、半导体、图像等 图19-3-2

17 二、火灾探测器 1. 感烟探测器

18 二、火灾探测器 1. 感烟探测器 烟雾是火灾的早期现象，利用感烟式火灾探测器可以最早感受火灾信号，即火灾参数，所以，感烟式火灾探测器是目前世界上应用较普及、数量较多的火灾探测器。据了解，感烟式火灾探测器可以探测70％以上的火灾。目前，常用的感烟式火灾探测器是离子感烟式火灾探测器和光电感烟式火灾探测器。 （1）离子感烟式火灾探测器 离子感烟式火灾探测器是采用空气离化探测火灾方法构成和工作的。它利用放射性同位素释放的高能量 射线将局部空间的空气电离产生正、负离子，在外加电压的作用下形成离子电流。当火灾产生的烟雾及燃烧产物，即烟雾气溶胶进入电离空间(一般称作电离室)时，表面积较大的烟雾粒子将吸附其中的带电离子，产生离子电流变化，经电子线路加以检测，从而获得与烟浓度有直接关系的电测信号，用于火灾确认和报警。

19 二、火灾探测器 1. 感烟探测器 （1）离子感烟式火灾探测器
这类火灾探测器通常只适于构成点型结构。根据这种火灾探测器内电离室的结构形式，离子感烟式火灾探测器可以分为双源感烟式和单源感烟式火灾探侧器。 （2）光电感烟式火灾探测器 根据烟雾粒子对光的吸收和散射作用，光电感烟式火灾探测器可分为减光式和散射光式两种类型。

20 二、火灾探测器 感烟探测器 （2）光电感烟式火灾探测器
减光式光电感烟探测器原理如图所示。进入光电检测暗室内的烟雾粒子对光源发出的光产生吸收和散射作用，使通过光路上的光通量减少，从而在受光元件上产生的光电流降低。光电流相对于初始标定值的变化量大小，反映了烟雾的浓度大小，据此可通过电子线路对火灾信息进行阈值放大比较、类比判断处理或火火参数运算，最后通过传输电路产生相应的火灾信号，构成开关量火灾探测器、类比式模拟量火灾探测器或分布智能式智能化火灾探测器。

21 二、火灾探测器 1. 感烟探测器 （2）光电感烟式火灾探测器

22 二、火灾探测器 感烟探测器 （2）光电感烟式火灾探测器
减光式光电感烟火灾探测原理可用于构成点型结构的火灾探测器。用微小的暗箱式烟雾检测室探测火灾产生的烟雾浓度大小，实现有效的火灾探测。但是，减光式光电感烟探测原理更适于构成线型结构的火灾探测器，实现大面积火灾探测，如收、发光装置分离式主动红外光束感烟火灾探测器。

23 §19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 感烟探测器 （2）光电感烟式火灾探测器
§19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 感烟探测器 （2）光电感烟式火灾探测器 散射光式光电感烟火灾探测原理如图所示。进入遮光暗室的烟雾粒子对发光元件(光源)发出的一定波长的光产生散射作用(按照光散射定律，烟粒子需轻度着色，且当其粒径大于光的波长时将产生散射作用)，使处于一定夹角位置的受光元件(光敏元件)的阻抗发生变化，产生光电流。此光电流的大小与散射光强弱有关，并且由烟粒子的浓度和粒径大小及着色与否来决定。根据受光元件的光电流大小(无烟雾粒子时光电流大小约为暗电流)，即当烟粒子浓度达到一定值时，散射光的能量就足以产生一定大小的激励用光电流，可以用于激励遮光暗室外部的信导处理电路发出火灾信号。 显然，遮光暗室外部的信号处理电路采用的结构和数据处理方式不问，可以构成不同类型的火灾探测器．如阈值报警开关量火灾探测器、类比判断模拟量火灾探测器和参数运算智能化火灾探测器等。

24 二、火灾探测器 感烟探测器 （2）光电感烟式火灾探测器

25 二、火灾探测器 2. 感温探测器

26 二、火灾探测器 2. 感温探测器 在火灾初起阶段，使用热敏元件来探测火灾的发生是一种有效的手段，特别是那些经常存在大量粉尘、油雾、水蒸气的场所，无法使用感烟式火灾探测器，只有用感温式火灾探测器才比较合适。在某些重要的场所，为了提高火灾监控系统的功能和可靠性，或保证自动灭火系统的动作的淮确性，也要求同时使用感烟式和感温式火灾探测器。

27 二、火灾探测器 2. 感温探测器 根据其作用原理分为如下三大类。 （1）定温式火灾探测器
定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的火灾探测器。它有点型和线型两种结构形式，其中线型结构的温度敏感元件呈线状分布，所监视的区域是一条线带。

28 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器
当监测区域中某局部环境温度上升达到规定值时，可熔的绝缘物熔化使感温电缆中两导线短路，或采用特殊的具有负温度系数的绝缘物质制成的可复用感温电缆产生明显的阻值变化，从而产生火灾报警信号。 点型结构是利用双金属片、易熔金属、热电偶、热敏半导体电阻等元件，在规定的温度值产生火灾报警信号。目前．常用的定温式火灾探测器有双金属、易熔合金和热敏电阻几种型式，

29 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 双金属片定温火灾探测器
一种双金属片定温火灾探测器是由热膨胀系数不同的双金属片和固定触点组成，如图所示。当环境温度升高时，双金属片因热膨胀系数不同而向上弯曲，使触点闭合而产生(输出)电信号。

30 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 双金属片定温火灾探测器

31 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 易熔金属型定温火灾探测器
易熔金属型定温探测器的原理是利用低熔点(易熔)金属在火灾初起环境温度升高且达到熔点温度时被熔化脱落，从而使机械结构部件动作(如弹簧弹出、顶杆顶起)，造成电触点接通或断开，发出电气信号。

32 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 易熔金属型定温火灾探测器
下图所示是JWD型易熔金属定温火灾探测器的结构图。在探测器下端的吸热罩中间与特种螺钉间焊有一小块低熔点合金(熔点为70℃一90℃)使顶杆与吸热罩相连接，离顶杆上端一定距离处有一弹性接触片及固定触点，平时它们并不互相接触。如遇火灾，当温度升至标定值时，低熔点合金熔化脱落，顶杆借助弹簧弹力弹起，使弹性接触片与固定触头相碰通电而发出报警信号。 这种探测器结构简单，牢固可靠，很少误动作。

33 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 易熔金属型定温火灾探测器

34 §19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 电子式定温火灾探测器
§19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 电子式定温火灾探测器 电子式定温火灾探测器是利用热敏电阻受到温度作用时，其自身在探测器电路中起的特定作用，使探测器实现定温报警功能的。下图所示为热敏电阻定温火灾探测器的工作原理图。它采用一个CTR临界温度热敏电阻，当温度上升达到热敏电阻的临界值时，其阻值迅速从高阻态转向低阻态，将这种阻值的明显变化采集并采用信号电路予以处理判断，可实现火灾报誓。

35 §19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 电子式定温火灾探测器

36 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （1）定温式火灾探测器 线型感温火灾探测器
线型感温火灾探测器一般采用定温式火灾探测原理并制造成电缆状。它的热敏元件是沿着一条线连续分布的，只要在线段上任何一点的温度出现异常，就能探测到并发出报警信号。 常用的有热敏电缆型及同铀电缆型两种，可复用式线型感温电线也有相应报道。

37 §19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （2）差温式火灾探测器
§19-3 火灾探测方法及探测器 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （2）差温式火灾探测器 差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。 有线型和点型两种结构。 线型结构差温式火灾探侧器是根据广泛的热效应而动作的，主要的感温元件有按面积大小蛇形连续布置的空气管、分布式连接的热电偶以及分布式连接的热敏电阻等。 点型结构差温式火灾探测器是根据局部的热效应而动作的，主要感温元件有空气膜盒、热敏半导体电阻元件等。消防工程中常用的差温式火灾探测器多是点型结构，差温元件多采用空气膜盒和热敏电阻。

38 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （2）差温式火灾探测器
下图所示是膜盒型差温火灾探测器结构示意图。当火灾发生时，建筑物室内局部温度将以超过常温数倍的异常速率升高。膜盒型差温火灾探测器就是利用这种异常速率产生感应并输出火灾报警信号。它的感热外罩与底座形成密闭的气室，只音一个很小的泄漏孔能与大气相通。当环境温度缓慢变化时，气室内外的空气可通过泄漏几进行调节．使内外压力保持平衡。如遇火灾发生，环境温升速率很快，气室内空气由于急剧受热而膨胀来不及从泄漏孔外逸，致使气室内空气压力增高，将波纹片鼓起与中心接线柱相碰，于是接通了电触点，便发出火灾报警信号。这种探测器具有灵敏度高，可靠性好，不受气候变化影响的特点，因而应用十分广泛。

39 二、火灾探测器 2. 感温探测器 （2）差温式火灾探测器 膜盒型差温火灾探测器结构示意图

40 二、火灾探测器 2. 感温探测器 (3)差定温式火灾探测器
差定温式火灾探测器结合了定温式和差温式两种感温作用原理并将两种探测器结构组合在一起。在消防工程中，常见的差定温火灾探测器是将差温式、定温式两种感温火灾探测器组装结合在一起，兼有两者的功能。若其中某一功能失效，则另一种功能仍然起作用。因此，大大提高了火灾监测的可靠性。差定温式火灾探测器一般多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型结构的组合式火灾探测器。 差定温火灾探测器按其工作原理。还可分为机械式和电子式两种。

41 二、火灾探测器 2. 感温探测器 (3)差定温式火灾探测器 机械式差定温火灾探测器
下图所示是机械式差定温火灾探测器的结构示意图。它的差温探测部分与膜盒型差温火灾挟测器基本相同；而定温探测部分则与易熔金属型火灾探测器相似。故其工作原理是：弹簧片的一端用低熔点合金焊接在外罩内壁，当环境温度达到标定温度值时，低熔点合金熔化，弹簧片弹回，压迫固定在波纹片上的弹性触片(动触点)，动触点动作接通电源，发出电信号(火灾信号)。

42 二、火灾探测器 2. 感温探测器 (3)差定温式火灾探测器 机械式差定温火灾探测器

43 二、火灾探测器 3. 手动报警按钮

44 二、火灾探测器 4. 火灾探测器的线制 火灾探测器的线制对火灾监控系统报警形式和特性有较大影响。
线制就是火火探测器的接线方式(出线方式)。火灾探测器的接线端子一般为3—5个，但并非每个端于一定要有进心线相连接。在消防工程中，对于火灾探测器通常采用三种接线方式，即两线制、三线制、四线制。

45 § 19-4火灾探测器的故障分析 火灾探测器在安装测试时可能会遇到如下问题.这里给出了相应的解决办法：
一、电气火灾探测器内接线错误引发的误动作或拒动作　　 电气火灾探测器主要应用于0.4kV TT 和 TN-S ，TN-C-S交流系统中，电力系统有一点直接接地,系统中性线(N线)和保护线(PE线)必须分开，且N线不能重复接地。该类产品装置的接线必须正确，接线错误可能导致装置报警误动作，也可能导致拒动作。接线前应分清电网系统中的相线、N线、PE线。相线及N线必须一同穿过剩余电流互感器，PE线不能穿过互感器。例如，在系统中，如N线未与相线一起穿过互感器，一旦三相不平衡，即发生误动作，互感器后方的N线与其他回路的N线连接或接地，或后方的相线与其他之路的同相相线连接，接通负载时，也会造成误动作。很多项目中，在系统试运行时出现剩余电流值过大而出现报警，很大一部分均是由此类情况造成。如PE线同N线及相线一起穿过互感器，会造成探测器拒动作。 解决方法：排查互感器下方接线错误情况，查看系统中PE线与N线是否严格区分开来。

46 二、火灾探测器装置使用不当造成的误动作或不动作
　　使用电气火灾探测器时，剩余电流互感器型号选择不正确或调换使用其他厂家生产的互感器，温度传感器，可能会造成探测器误动作或不动作，甚至装置仪器的损坏。 　　信号线接入必须严格按照探测器接线图接线，否则会造成装置不能工作。剩余电流互感器安装固定必须牢固可靠，互感器信号需使用屏蔽双绞线，传输长度不能超过3m。

47 三、由于电气火灾探测器内接线问题以外引发的动作
　　(1)绝缘恶化。线路对地绝缘被破坏，导致有剩余电流产生超过报警阈值，探测器报警。 　　解决方法：该类情况，确实有隐患存在，应当尽快检修故障线路，防患于“未燃”。 　　(2)大型设备启动。大型设备启动瞬时，存在对地泄漏电流，引起装置报警动作。 　　解决方法：为防止该类情况误动作发生, 应将探测装置的脱扣时间增大。 　　(3)负载侧正常剩余电流超过探测器动作电流设定值。

48 三、由于电气火灾探测器内接线问题以外引发的动作
(3)负载侧正常剩余电流超过探测器动作电流设定值。解决方法：根据现场实际情况，正确设置动作电流大小。动作电流值的确定，往往要根据现场回路后负载的正常剩余电流的值来确定。实际应用的电力系统，不同回路的正常剩余电流往往是不同的。例如，探测器动作电流值设定为100mA，一般像台式计算机正常的剩余电流为3～4mA,如果后面接几十台计算机,并带有其他一些设备，则有可能引发误动作，所以可使用增大动作电流值的办法解决该类问题。

49 三、由于电气火灾探测器内接线问题以外引发的动作
(4) 分级保护应用原则。 系统应用中常有分级保护，常见2～3级，上下级的选择性原则： 　　动作电流方面，上级设备的设置必须最少是下级设备的两倍; 　　脱扣时间方面，上级设备的延迟时间应大于下一级剩余电流保护装置的动作时间，且动作时间差不得小于0.2s。

50 §19-5 几种典型火灾报警系统 一、继电接触器控制的有触点火灾监控系统 二、微机控制的火灾自动监控系统 区域型火灾自动监控系统
总线控制的火灾自动监控系统

51 §19-6 干货舱探火及报警系统 一. 系统的基本组成 抽烟式自动探火及报警系统的组成如图所示。 二. 工作原理
三. 使用 抽烟式自动探火及报警系统的组成如图所示。 其工作原理简图如图19-6-1所示。 该系统经常在装货完毕并盖舱后投入运转，短航程时，系统在航行中不关闭；长航程时，系统往往间断工作。

52 四. KIDDE型干货舱烟雾探测系统 该系统控制柜共分为四层：第一层主要有舱位选通电机、 舱位指示器、各种操作开关、指示灯、火警继电器、电源 变压器等；第二层是观察窗，内有照明灯，安装有检测各 舱是否堵塞的小旋转风叶；第三层安装有控制电路、光电 检测装置、模拟试验烟雾吹入口以及风压检测开关等；第 四层装有各选通电磁阀以及各舱气体吸入管。 图 KIDDE型干货舱烟雾探测系统电气控制线路图

53 图 普通可燃物质起火燃烧过程 a——烟雾气体浓度与世界的关系；b——热气流温度与时间的关系 返回本节

54 图 舱室火灾自动报警系统示意图 返回本节

55 图 火警探测器外形图 返回本节

56 图 大舱烟雾抽烟式报警装置系统示意图 返回本节

57 图 易燃气体探测系统示意图 返回本节

58 返回本节 图 火灾探测方法

59 返回本节 图 船舶常用火灾探测器的分类

60 图 烟探测器原理框图 返回本节

61 图19-6-2 KIDDE型干货舱烟雾探测系统电气控制线路图
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