CC BY
20
УДК 625.748.56
М.А.СЕМЕНОВ, И.А.ПАВЛОВ
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
Н.П.КУЛИКОВ ООО «НПФ Полисервис»
ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД НА ОСНОВЕ ДАТЧИКОВ ПЛАМЕНИ И ЗАГАЗОВАННОСТИ
Рассмотрены современный извещатель (датчик) пламени, определяющий момент начала пожара, и детектор загазованности, измеряющий концентрацию различных газов в окружающей среде. Разработан лабораторный стенд для изучения и исследования работы этих датчиков.
Considered in this article modern fire detector determining the beginning of a conflagration and modern gas-analyzer taking concentration of different gases in the environment. The laboratory test bench was elaborated to study and investigate functions of these detectors.
Системы пожарной и газовой безопасности играют важную роль на любом промышленном предприятии. Недооценка роли этих систем и пренебрежение ими на гражданских объектах может повлечь локальные аварии, сопровождающиеся гибелью людей и материальным ущербом. Отсутствие систем на промышленных предприятиях таких отраслей, как атомная энергетика, горная, нефтедобывающая и химическая, может привести к катастрофам, имеющим тяжелые последствия.
Очень важно, чтобы молодые специалисты, поступающие на работу на предприятия перечисленных отраслей, имели определенный запас знаний о современных системах безопасности. Для этого необходимо в дисциплины «Элементы систем автоматики», «Управление техническими системами» и «Автоматизация производственных процессов на горных предприятиях и предприятиях нефтедобычи» ввести раздел по современным системам безопасности и жизнеобеспечения. Практические занятия можно выполнять на материальной части этих систем, знакомясь с датчиками, приборами, средствами связи и передачи информации и другими элементами.
При таком подходе студенты, кроме знаний о самих системах пожарной и газо-
134 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института.
вой безопасности, получают навыки мелкого ремонта и несложных настроек на определенные режимы работы.
Вышеперечисленные цели предполагается достигнуть за счет создания лабораторного стенда на основе широко распространенных датчиков пламени типа ИПП 330-1-1 и загазованности типа ДГВ, разработанных и изготовляемых ООО «НПФ Полисервис». На этом стенде студенты электрических и механических специальностей могли бы выполнять плановые учебные задания в виде лабораторных работ и проводить исследовательские эксперименты.
Большая часть современных пожарных извещателей использует в качестве критерия обнаружения пожара вторичные признаки: задымленность, скорость нарастания температуры, но только извещатели пламени ИПП 330-1-1 способны непосредственно распознать момент возгорания.
Наиболее эффективно использовать из-вещатели пламени на тех объектах, где возможно возгорание углеводородов, горение которых сопровождается выделением небольшого количества дыма и высокой скоростью распространения огня. Естественно, в подобных случаях применение дымовых и тепловых детекторов может быть неэффективным из-за их недостаточно быстрого
Т. 157
срабатывания. Особенно это актуально для нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и горных предприятий.
При горении углеводородов около 3040 % выделяемой пламенем энергии рассеивается в виде электромагнитного излучения (ультрафиолетового, видимого и инфракрасного (ИК) спектров). В датчике ИПП 330-1-1 использована технология оптического ИК спектрального анализа с цифровой обработкой частоты мерцания. В зависимости от требования к исполнению датчик может быть выполнен со степенью защиты 1Р-41, 1Р-51 или 1Р-61 по ГОСТ 14254. Корпус извещателя металлический, влагонепроницаемый. Датчик способен работать в помещениях с регулируемыми и нерегулируемыми климатическими условиями и на открытых пространствах в широком диапазоне температур от 40 до +50 °С, может эксплуатироваться на объектах, где имеют место механические воздействия в виде ударов и вибраций.
Основными параметрами, от которых зависит работа извещателя, являются угол обзора Р, расстояние L и угол направления оптической оси к направлению на источник излучения а. Угол Р зависит от оптической линзы, установленной на извещателе, а угол а - от расположения источника пламени. Чем больше угол обзора, тем на меньшем расстоянии L датчик способен обнаружить пламя, но при этом увеличивается контролируемая площадь. При угле обзора Р = 10 град. дальность обнаружения тестового очага составляет 80 м, при Р = 120 град. - 25 м.
Максимальное значение фоновой освещенности чувствительного элемента, создаваемой люминесцентными лампами, при которой извещатель сохраняет работоспособность, не выдавая ложных извещений, не менее 2500 люкс, лампами накаливания - не менее 250 люкс.
Детектор взрывоопасных газов (ДГВ) представляет собой современный интеллектуальный прибор, позволяющий в режиме реального времени контролировать содержание в воздухе различных газов и паров. Принцип работы прибора основан на изме-
нении сопротивления полупроводникового сенсора в зависимости от концентрации в воздухе тех или иных газов или паров. Встроенный микропроцессор производит первичную обработку и преобразование сигнала, а затем по последовательному интерфейсу RS 485 информация поступает на приемо-контрольный прибор (ПКП). Концентрация контролируемого газа также может отображаться на встроенном в датчик индикаторе.
ДГВ способен обнаруживать следующие газы: метан, пропан, бутан, аммиак, водород, угарный газ, а также этанол, пары бензина, алкоголя и сигаретный дым. Настройка детектора для контроля определенного вещества осуществляется посредством введения определенной программы. Кривые зависимости сопротивления полупроводникового сенсора от концентрации различных веществ в относительных единицах представлены на рис.1.
Вводимая в оперативную память процессора программа заставляет его анализировать только кривую определенного вещества. Если в одном корпусе датчика установлено несколько сенсоров, то датчик способен обнаруживать и измерять концентрацию нескольких веществ.
Структурная схема стенда, разработанная на основе представленных выше датчи-
100
1000 10000
Рис. 1. Зависимость сопротивления полупроводникового сенсора от концентрации различных газов
- 135
Санкт-Петербург. 2004
220 В
Рис.2. Лабораторный стенд на основе датчиков ИПП-330-1-1 и ДГВ 1 - источник газа; 2 - цифровой индикатор 3 - газ; 4 - датчик газа (ДГВ); 5 - переходное устройство с RS 485 на RS 232; 6 - блок питания датчиков; 7 - датчик пламени; 8 - секундомер; 9 - оптическая линза; 10 - светодиод; 11 - имитатор пламени; 12 - ИК-лучи; 13 - блок питания имитатора пламени;
14 - регулятор напряжения; 15 - персональный компьютер; 16 - СОМ-порт персонального компьютера
ков, приведена на рис.2. Датчики получают питание от источника постоянного тока. Для имитации утечки газа используется зажи-
галка без кремня. При превышении допустимой концентрации газа в воздухе ДГВ срабатывает и издает звуковой сигнал. Сигнал от датчика по RS 485 передается на переходное устройство, затем по интерфейсу RS 232 через СОМ-порт 16 на персональный компьютер. Кроме того, концентрация газа отображается на индикаторе ДГВ.
Датчик пламени на стенде работает по следующей схеме: оптическая линза 9 концентрирует ИК-лучи 12, излучаемые имитатором пламени 11. Загорается светодиод 10, подавая сигнал о возгорании.
Важным элементом стенда для работы с датчиком пламени является устройство 11, имитирующее пламя.
Основным параметром датчика пламени, характеризующим годность его применения на том или ином объекте, является время срабатывания, которое зависит от следующих параметров: напряжение питания датчика, угол а, расстояние L, интенсивность источника пламени. Лабораторный стенд позволит выполнить измерение времени срабатывания датчика при изменении вышеперечисленных параметров.
136 -
SSN 0135-3500. Записки Горного института. Т. 157
