RU199375U1 - Пироэлектрический датчик - Google Patents

Abstract

Использование: для использования в системах противопожарной сигнализации и водяного тушения пожаров. Сущность полезной модели заключается в том, что пироэлектрический датчик, включающий пьезоэлектрический элемент с двумя металлическими электродами, выводы которых соединяют с внешней схемой регистрации и управления, отличающийся тем, что к поверхности одного из электродов пьезоэлектрического элемента прикладывают пленку из влагопоглощающей микрофибры, которую с другой стороны прижимают дополнительным электродом, соединенным с внешней схемой регистрации и управления. Технический результат: обеспечение возможности генерирования дополнительного сигнала о поступлении воды из противопожарных оросителей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к датчикам теплового излучения и предназначена для использования в системах противопожарной сигнализации и водяного тушения пожаров.

Современные способы предотвращения и тушения пожаров основаны на применении адаптивных автоматических систем импульсного пожаро- и взрывопредотвращения. Такие системы размещают в замкнутых энергонасыщенных объектах ответственного назначения, для которых временной интервал от момента возникновения пожара до его перехода во взрыв или неконтролируемое горение составляет единицы секунд (суда, корабли, подводные лодки, пункты управления, нефтехранилища, энергетические объекты, склады и т.п.). Система состоит из датчиков, регистрирующих задымление и возникающий пожар. Автоматически полученная от них информация суммируется с данными о реальном пожароопасном состоянии участка, где произошло возгорание. По этим показателям автоматически выбирается оптимальный метод управления качеством, масштабом и интенсивностью тушения - регулирование залповых схем срабатывания импульсных распылительных модулей.

На современном уровне развития техники в качестве чувствительных элементов датчиков тепловых излучений достаточно широко применяют пироэлектрики, к которым относятся большинство пьезоэлектриков, таких как титанат бария, цирконат свинца, титанат свинца, пьезокерамика. Тепловое (инфракрасное) излучение, воздействующее на пироэлектрики, вызывает пироэлектрический эффект, проявляющийся в изменении их спонтанной поляризации и появлении электрического поля, которое можно регистрировать в виде разницы потенциалов (напряжения) строго определенной полярности, возникающей между гранями кристаллов пироэлектриков или поверхностями срезов пьезокерамических материалов. Типовой пироэлектрический датчик представляет собой конденсатор, который содержит тонкую пластину пьезокерамического элемента с нанесенными на противоположные поверхности пластины металлическими электродами. При возникновении в пьезоэлементе градиента температур потенциалы электродов изменяются и возникает ЭДС, которую регистрируют внешней электронной схемой.

Известны многочисленные области применения пиродатчиков в системах противопожарной сигнализации, дистанционного измерения температуры, газовой хромотографии, охранной сигнализации, контроля движения и др. / Кременчугский Л.С, Ройцина О.В. Пироэлектрические приемники излучения. - Киев: Наукова Думка, 1979. - 384 с; https://go-radio.ru/piroelectriki.html; http://guarda.ru/infra_red/29; https://os-info.ru/pozharnaya-signalizaciya/razyasnenie-vniipo-po-teplovym-izveshhatelyam-v-zhilyx-zdaniyax.html; патенты РФ №№2092823, 56068 /.

В системах противопожарной сигнализации и водяного тушения пожаров пироэлектрические датчики используют в качестве преобразователя энергии при регистрации изменения температуры и выделении тепла. Общим недостатком известных технических решений является отсутствие в пироэлектрических датчиках информационного сигнала о срабатывании водяных оросителей. Для комплексного мониторинга работы системы водяного пожаротушения целесообразно объединить функции теплового и водяного извещателя в одном датчике и таким образом удешевить и упростить систему контроля, исключив дублирующую подсистему контроля работы водяных клапанов.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей пироэлектрических датчиков противопожарной сигнализации путем генерирования дополнительного сигнала о поступлении воды из противопожарных оросителей.

Поставленную цель достигают за счет введения в конструкцию пироэлектрического датчика новых элементов: влагопоглощающей пленки из микрофибры и дополнительного металлического электрода, формирующего электрический сигнал о поступлении воды из противопожарных оросителей.

Конструкцию пироэлектрического датчика поясняет фигура 1, на которой обозначены: 1 - пьезоэлемент, 2,3 - электроды пьезоэлемента, 4 - пленка из микрофибры, 5 - электрод пролива воды, 6 - выводы электродов пьезоэлемента, 7 - вывод электрода пролива воды, 8 - консоль, 9 - упор-ограничитель, 10 - упор консоли.

Детали 1-7 образуют чувствительный элемент пироэлектрического датчика. В качестве пьезоэлемента 1 применяют серийно выпускаемые (преимущественно дисковые или пластинчатые) пьезокерамические элементы с упорядоченной доменной структурой, что позволяет увеличить чувствительность пироэлектрического датчика. На противоположные поверхности пьезоэлемента наносят электроды 2,3 из металлов с высокой теплопроводностью - меди, латуни, серебра.

К поверхности любого из электродов пьезоэлемента 1 прикладывают водопоглощающую пленку из микрофибры 4 (в примере на фиг.1 пленка прилегает к поверхности электрода 3). Ее форма может быть разной, например, в виде сектора или сегмента в случае использования дискового пьезоэлемента, в виде прямоугольника - для пластинчатого пьезоэлемента.

К другой стороне пленки из микрофибры упруго прижимают электрод 5, но с таким усилием, чтобы не происходило короткое замыкание между электродами 3 и 5. Электрод 5 выполняет функцию датчика наличия воды, поэтому его изготавливают из металлов, имеющих высокую активность в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах, например, из цинка или оцинкованной стали. Выводы 6 электродов пьезоэлемента и вывод 7 электрода 5 соединяют с внешней электронной схемой.

Корпус пироэлектрического датчика может иметь различное конструктивное оформление в зависимости от решаемых задач и требований к размещению датчика в помещении. Например, на фиг.1 элементы 1-5 устанавливают на консоль 8 и закрепляют на ней с помощью упора-ограничителя 9 и упругого упора 10, который прижимает электрод 5 к пленке из микрофибры и к электроду 3 пьезоэлемента. Консоль 8 располагают таким образом, чтобы электрод 2 был направлен в сторону максимальной вероятности возникновения пожарной опасности.

Работа пироэлектрического датчика происходит следующим образом. При возникновении градиента температур между электродами 2 и 3 в силу пироэлектрического эффекта возникает электрическое напряжение, которое фиксируется внешней схемой регистрации и управления. В случае достижения напряжением установленного порогового значения срабатывает пожарная сигнализация и включается система водяного пожаротушения. Система водяного пожаротушения (орошения) создает мелкодисперсный водяной туман, рассеиваемый по всему помещению, и пленка из микрофибры 4 впитывает воду.

В зоне контакта электрода 5 с водой микрофибры вследствие электрохимической коррозии металлической поверхности электрода 5 положительно заряженные частицы металла (катионы), переходят в раствор, а электроны остаются в металле. В результате водный слой микрофибры, контактирующий с электродом 5, приобретает положительный заряд, а остающиеся в электроде 5 нескомпенсированные электроны сообщают ему отрицательный заряд. Поэтому на электроде 5 возникает скачок электрического потенциала, отрицательный относительно электрода 3. Возникающую электрохимическую ЭДС фиксируют внешней электронной схемой регистрации пролива воды. Для повышения электрохимической ЭДС в микрофибру 4 вводят кристаллы перкарбоната натрия, которые в присутствии влаги и цинка или железа выделяют кислород и формируют более сильный электролит. После прекращения действия оросителя микрофибра быстро высыхает и электрохимическая ЭДС исчезает, что позволяет автоматически фиксировать момент начала и прекращения поступления воды.

Для повышения надежности и помехоустойчивости пироэлектрического датчика возможно размещение дополнительного датчика пролива воды, включающего пленку из микрофибры и дополнительный электрод, которые устанавливают аналогичным образом со стороны электрода 2 пьезоэлемента.

В макетном образце пироэлектрического датчика использован дисковый пьезоэлемент толщиной 200 мкм и диаметром 10 мм, изготовленный из ЦТС-пьезокерамики. Электрод 2 изготовлен из серебра, электрод 3 - из латуни. Применялась пленка из микрофибры в виде полукруга толщиной 200 мкм. Электрод 5 изготавливался в трех различных исполнениях - из оцинкованной стали, механически активированной стали и стали. В экспериментах получены следующие усредненные значения электрического напряжения между электродами 3 и 5: в случае сухого датчика - 0,0 В; после пролива воды: 0,7 В для оцинкованной стали, 0,4 В для механически активированной стали, 0,2 В для стали. Регистрируемые токи между электродами 3 и 5 составили 10÷15 мкА. При введении в пленку из микрофибры порошка перкарбоната натрия напряжение между электродами увеличивалось в среднем на 0,2 В, ток возрастал до 0,5 мА.

Claims (6)

1. Пироэлектрический датчик, включающий пьезоэлектрический элемент с двумя металлическими электродами, выводы которых соединяют с внешней схемой регистрации и управления, отличающийся тем, что к поверхности одного из электродов пьезоэлектрического элемента прикладывают пленку из влагопоглощающей микрофибры, которую с другой стороны прижимают дополнительным электродом, соединенным с внешней схемой регистрации и управления.

2. Пироэлектрический датчик по п. 1, отличающийся тем, что применяют пьезоэлектрический элемент, изготовленный из пьезокерамического материала с упорядоченной доменной структурой.

3. Пироэлектрический датчик по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный электрод изготавливают из металлов, имеющих высокую активность в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах, преимущественно из цинка или оцинкованной стали.

4. Пироэлектрический датчик по п. 1, отличающийся тем, что в пленку из влагопоглощающей микрофибры вводят кристаллы перкарбоната натрия.

5. Пироэлектрический датчик по п. 1, отличающийся тем, что площадь поверхности пленки из микрофибры меньше площади электрода пьезоэлемента.

6. Пироэлектрический датчик по пп. 1, 5, отличающийся тем, что в случае применения дисковых пьезоэлементов пленку из микрофибры применяют преимущественно в форме сектора или сегмента, в случае применения пластинчатых пьезоэлементов пленку из микрофибры применяют преимущественно в форме прямоугольника.

Images