В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Ныне самые распространенные пожарные извещатели – оптические, которые обнаруживают очень малую задымленность. Такую концентрацию дыма в комнате увидеть почти невозможно. Для сравнения, в достопамятном 2010 г., когда Москву накрыл дым торфяных пожаров, концентрация дыма была примерно на порядок ниже порога обнаружения пожарных извещателей. Адресно-аналоговые извещатели ее вполне могли измерить, но не поднимали тревоги. Человек же мог заметить задымленность (глазами) только на больших дистанциях, глядя на соседние здания. В пределах комнаты (а тем более в пределах нескольких сантиметров оптической системы в извещателе) человек не может обнаружить концентрацию дыма, даже соответствующую тревожному порогу дымового пожарного извещателя. Однако если поместить вас в комнату и начать подавать дым, вы убежите оттуда, зажимая нос и со слезящимися глазами, намного раньше, чем самый чувствительный дымовой оптический извещатель хотя бы начнет что-то обнаруживать. Потому что вы реагируете не на оптическую плотность дыма, а на присутствие характерных газов. Почему же так не умеют технические приборы?
Химический способ обнаружения
Еще недавно единственным способом обнаружения газов был химический. Воздух прогонялся через раствор с нужным реагентом (жидкий или какой-то наполнитель, пропитанный жидкостью), в результате химической реакции менялся цвет реагента, а степень изменения цвета (или прозрачности или проводимости раствора) уже можно было измерить электрическими способами. Кто помнит, именно так (одноразовыми трубочками) измеряли концентрацию распространенного токсического газа (пары этанола) в выдохе водителя сотрудники советского ГАИ. Конечно, применять одноразовые химические средства с очень ограниченным сроком хранения для обнаружения пожара нереально.
Технология полупроводниковых сенсоров
Примерно 20 лет назад стала широко применяться технология полупроводниковых сенсоров – окислы олова и некоторых других металлов являются полупроводниками и сильно меняют свои характеристики в присутствии очень малых концентраций ряда опасных газов, в том числе все того же этанола (привет сотрудникам ГИБДД!), а также угарного газа – вот этот газ уже весьма интересен для обнаружения пожара. К сожалению, для работы такого сенсора чувствительный элемент необходимо нагреть до 300–400 °C, и каким бы маленьким он ни был, это требует весьма значительного расхода электричества. Батарейные устройства или питаемые от шлейфа пожарной сигнализации в таком случае абсолютно нереалистичны. Кроме того, поскольку эти датчики реагируют на "прикосновение" нужных молекул к поверхности полупроводника, чувствительность очень сильно уменьшается при малейшем загрязнении поверхности, в том числе при химическом загрязнении пленки окислов – когда такие сенсоры применялись (и сейчас вроде еще иногда применяются) в ГИБДД межповерочный интервал для них устанавливался 2 месяца. Представляете себе пожарный датчик, который раз в два месяца надо снимать и возить на перекалибровку в специальную организацию?
Электрохимические сенсоры
Наконец, совсем недавно появились очень дешевые и удобные электрохимические сенсоры. Вкратце, что они собой представляют и почему намного удобнее старых.
1. Принцип работы таких сенсоров аналогичен знаменитым топливным элементам (ТЭ, fuel-cell). В топливных элементах водород окисляется в электролите на покрытых катализатором электродах с целью получения электричества в количествах, достаточных для работы, скажем, электродвигателя автомобиля, а в электрохимических сенсорах нужный газ (этанол, СО или другой) окисляется или восстанавливается и производит небольшой ток (наноамперы), который измеряется электроникой. Важно, что селективность обеспечивается выбором нужного катализатора и химическим составом электролита (для многих газов уже подобраны очень специфические материалы электродов, почти не реагирующие на другие химически активные газы).
2. Второе достоинство – генерируемый ток фактически зависит только от количества молекул искомого газа, которые могут пробиться к измерительному электроду. Надо очень сильно испортить электрод, чтобы он перестал успевать окислить все подлетающие молекулы (ведь мы говорим не о производстве электроэнергии киловаттами, а об измерениях очень малых концентраций). Поэтому гарантированный срок службы сенсоров составляет несколько лет или даже несколько десятков лет.
3. Наконец, третье достоинство – они не расходуют электричества (даже, наоборот, сами немножко производят), так что легко можно создавать батарейные и любые другие микропотребляющие устройства. К недостаткам можно отнести лишь наличие порой неожиданных "мешающих" газов. Например, датчики СО, как правило, довольно сильно реагируют на сероводород и хлор, вероятно, их применение в общественных туалетах исключено. Сухие "катализаторные" сенсоры
Для полноты картины упомянем сухие "катализаторные" сенсоры, применяющиеся для обнаружения горючих взрывоопасных газов – метана, пропана. Такие сенсоры очень живучи, но обладают весьма плохой селективностью (практически любой горючий газ может окисляться на катализаторе с одинаковой эффективностью). В принципе они могут обнаруживать и СО, но охотнее среагируют на пары бензина или мизерные количества метана.
Сейчас газовые извещатели (или комбинированные с газовым каналом) не описываются ни отечественными, ни зарубежными нормативными документами и потому фактически не могут применяться самостоятельно. Да, отечественные НПБ 71–98 ввели газовые извещатели как допустимый вид, однако ныне ГОСТ-Р53325 не описывает их совсем. Американский NFPA-72 в принципе описывает термин "газовый датчик", но до сих пор (редакция 2013 г.) хотя и содержит раздел 17.10, посвященный газовым датчикам, но этот раздел практически пуст по сравнению с многостраничными описаниями методик проектирования размещения дымовых датчиков. Причина проста – экспериментальных работ по применимости таких извещателей мало, а опыта применения и того меньше.
Как результат в настоящее время выпускаются только комбинированные многоканальные извещатели, например дымовой + тепловой + газовый. Весьма распространены также тепловой + газовый – они могут использоваться там, где нельзя применять дымовые (пыль, туман в нормальных условиях), при этом тепловой канал обеспечивает соответствие нормативным документам, а газовый – высокую чувствительность на самых ранних стадиях развития пожара. (На самом деле, есть свидетельства, что датчики угарного газа не очень эффективны при обнаружении открытого очага, в таком случае дифференциальный тепловой канал помогает ускорить реакцию.)
Следствием существующей ситуации является высокая стоимость газовых извещателей (они применяются лишь там, где реально надо обнаруживать пожар, а не просто удовлетворить требованиям пожарных/страховщиков – потому объемы выпуска невелики). Да, эксперименты показывают, что газовые извещатели обнаруживают пожар во много раз быстрее и надежнее, чем дымовые, но экспериментов пока мало, разные материалы в разных условиях развития пожара могут вести себя по-разному, так что пока и я не решусь утверждать, что газовые безусловно лучше дымовых. Однако вспомним, что дымовые имеют множество недостатков: бездымное горение спирта они не обнаруживают, черный дым солярки – обнаруживают плохо, зато пыль и туман приводят к ложным тревогам.
Современные оптические дымовые извещатели – весьма сложные оптические приборы. Высокие требования к качеству поверхностей, сложная форма дымозаходов, позволяющая быстро затекать внутрь дыму, но препятствующая попаданию внешней засветки, отражению, а также попаданию пыли и насекомых. Светодиоды, которые должны 10 лет сохранять свои параметры при работе в режиме, близком к предельно допустимому (факт, тщательно сохраняющийся в тайне производителями извещателей, интересующихся отсылаю к статье Ирины Пивинской – Гугл вам в помощь).
Газовые извещатели с электрохимическим сенсором имеют единственный сложный элемент – сам сенсор. Конструктивно он идентичен обычному электролитическому конденсатору и в массовом производстве должен стоить столько же (1–2 руб.). Габариты извещателя (не комбинированного, а чистого газового) тоже минимальны – примерно 5 куб. см, из которых 3 куб. см занимают клеммы для подключения шлейфа сигнализации. Себестоимость производства такого изделия составит 10–20 руб. даже с учетом тестирования и упаковки (верхняя цифра относится к адресно-аналоговым извещателям). Что еще хуже (для нас, производителей), порог вхождения на рынок будет минимальным – такие изделия может разработать и производить любой студент в любой деревне (если в деревне есть студенты). Да, сам чувствительный элемент необходимо производить миллионными тиражами в условиях автоматизированного чистого производства. Однако готовое конечное изделие под любые особые требования (внешний вид, наличие индикаторов, потребление тока, совместимость с тем или иным ППК) можно произвести предельно легко и быстро.
В течение ближайших 5 лет в ЕС (или США, смотря где бюрократия будет дольше тянуть) газовые датчики будут признаны равноправными, допустимыми для массового применения. Через 2–3 года производство чувствительных элементов будет перенесено от венчурных исследовательских компаний в условия массовых дешевых фабрик, их цена упадет до упомянутых 1–2 руб. Еще через год дымовые пожарные извещатели станут производиться только для ремонта старых систем и для редких помещений, где постоянное присутствие очень активных веществ (растворители, некоторые химические реактивы) будет неприемлемо снижать чувствительность электрохимических газовых сенсоров.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2014
Посещений: 6965
Автор
| |||
В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций